程序性细胞死亡与衰老、肿瘤、自身免疫类疾病和神经退行性疾病等的生理和病理过程密切相关。如何通过调控细胞死亡，干预疾病的发生和发展是当前生命科学和医学领域的研究热点。细胞死亡具有复杂的分子生物学机制，涉及多条信号通路及细胞器间的交流和互作。深入探索细胞死亡信号通路网络中不同细胞器及不同细胞死亡形式之间的互作方式和分子调控机制，对于重大疾病的预防和治疗具有重要意义。传统研究方法在非标记、高灵敏、原位、实时表征复杂生物体系内分子间的相互作用方面还存在很大困难，因此，目前对细胞死亡信号通路中的分子调控机制知之甚少。

针对以上科学问题和实验技术问题，韩晓霞教授课题组建立了基于拉曼光谱和表面增强拉曼光谱（SERS）的表征生物超分子体系及其动力学的新方法，探索了细胞色素c参与细胞凋亡和铁死亡以及线粒体‒内质网互作调控细胞凋亡的分子机制。

探究了线粒体内细胞色素c引起磷脂膜渗透性改变的分子结构变化。发现磷脂膜渗透性的改变与磷脂膜的过氧化密切相关，提出了还原态细胞色素c与心磷脂反应引起细胞色素c氧化和心磷脂过氧化的反应机理。进而研究了心磷脂的过氧化与磷脂膜形貌的相关性，提供了还原态细胞色素c诱导膜孔形成的直接证据。首次证明了在无活性氧物质情况下，细胞色素c与心磷脂作用后其氧化还原态转变在启动细胞凋亡过程中所发挥的关键作用。相关研究成果发表在Nano Lett.杂志（Nano Lett.2024, 24, 370–377）。

进而研究了细胞色素c和铁死亡诱导剂Erastin参与细胞凋亡–铁死亡互作的分子机制。证明了细胞色素c可通过释放铁离子引发Fenton反应或特异性与心磷脂相互作用诱导磷脂过氧化从而参与铁死亡过程。Erastin具有细胞渗透性，可诱导线粒体电压依赖性阴离子通道打开以及线粒体外膜渗透性改变，然而其中具体的分子机制还不清晰。采用原位拉曼光谱和分子动力学模拟研究了Erastin影响磷脂膜渗透性的分子机制。结果表明，Erastin几乎不会干扰普通磷脂膜的渗透性，但对含有心磷脂的磷脂膜作用效果显著，Erastin通过与磷脂疏水尾部之间的σ‒π作用而干扰磷脂膜的有序性。通过拉曼光谱首次实现了对Erastin诱导的线粒体细胞色素c释放的原位、实时检测。这些研究成果证明Erastin可通过特异性与心磷脂相互作用改变线粒体膜渗透性并促进细胞色素c释放，从而参与细胞凋亡过程。相关研究成果发表在Nano Lett.杂志（NanoLett.2024, 24, 2384−2391）。

为了提高蛋白质复合体系的拉曼散射信号，合成了银/二氧化钛核壳纳米结构，实现了膜蛋白酶复合体系在这种SERS活性材料的自组装。成功获得了单加氧酶复合体系活性中心的SERS光谱，并实时监测了酶促反应动力学。通过表征蛋白‒酶复合物间的相互作用，阐明了肌红蛋白作用于内质网诱导活性氧物质产生从而促进细胞凋亡的分子机制。此外，还考察了抗肿瘤药物与单加氧酶复合体系间的相互作用，揭示了其抗癌作用的分子机制。相关研究成果发表在Nano Lett.杂志（Nano Lett.2024,24, 13843−13850）。

SERS应用于单加氧酶复合体系的结构和动力学表征