2026年8月4日，由同济大学医学院逯向雨、施剑林、上海市肺科医院麻醉科吕欣、施烜团队及合作者于生物医学工程和生物与医药领域取得重要研究进展-钾基单原子催化剂K-SAC实现急性肺损伤免疫调控，在线发表于Nature Communications。论文题为“A potassium-based single-atom catalyst enables acute lung injury immunotherapy in mice by inhibiting macrophage pyroptosis”。

研究团队构建了一种钾基单原子催化剂K-SAC，利用生理环境中丰富的钾元素构建单原子催化活性中心，通过清除活性氧（ROS）、调控巨噬细胞GSDMD相关焦亡，并与ESCRT相关膜修复反应及膜磷脂组成变化相联系，改善细胞膜完整性，有效缓解实验性急性肺损伤，为生理丰富s区元素单原子催化及炎症性疾病的催化免疫调控提供了新的设计思路。论文显示，K-SAC兼具超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）样催化活性，采用雾化局部肺部给药，生物安全性良好，易于推进临床转化，有望为ARDS、脓毒症肺损伤以及围术期急性肺损伤提供新型治疗手段。

  急性肺损伤（ALI）及其严重形式急性呼吸窘迫综合征（ARDS）具有较高的疾病负担，其发生发展与氧化应激和免疫炎症失衡密切相关。巨噬细胞是肺部先天免疫的重要组成部分，过量ROS可导致线粒体损伤并促进炎症小体激活，进一步诱导GSDMD介导的细胞焦亡和炎症因子释放，形成持续放大的炎症损伤循环。因此，如何同时实现高效ROS清除、焦亡抑制和细胞膜保护，是急性肺损伤治疗中值得关注的问题。

  针对传统抗氧化催化材料多依赖Fe、Cu、Mn等过渡金属的问题，研究团队将目光转向钾等生理丰富的s区元素。通过调控单原子局部配位环境，团队成功构建了具有K–N配位中心的K-SAC。多种结构表征证实钾物种以孤立原子形式锚定于氮掺杂碳框架中。进一步研究发现，K-SAC具有显著的SOD和CAT样活性，可实现ROS级联清除；密度泛函理论计算进一步揭示了K单原子位点参与抗氧化催化的电子结构基础，为拓展s区元素在单原子催化和生物医学领域中的应用提供了理论依据。

  在生物学机制方面，K-SAC可被肺部巨噬细胞有效摄取，并显著降低细胞内及线粒体ROS水平，保护线粒体功能，抑制caspase-1/GSDMD相关焦亡信号及IL-1β、IL-18等炎症因子的释放。研究还发现，K-SAC处理伴随ESCRT相关膜修复因子上调及膜磷脂组成变化，从而与细胞膜完整性的改善相联系。动物实验进一步证实，K-SAC可减轻LPS和CLP诱导的肺组织损伤、炎症反应和氧化应激；巨噬细胞清除后，其肺保护作用明显减弱，进一步支持巨噬细胞在这一治疗过程中的重要作用。

图1. 钾基单原子催化剂K-SAC调控巨噬细胞焦亡并缓解急性肺损伤的机制示意图

  该研究将生理丰富s区元素单原子催化、ROS调控与巨噬细胞焦亡干预相结合，为急性肺损伤的催化免疫调控提供了新的材料设计策略，同时拓展了单原子催化剂在炎症性疾病和纳米催化医学领域中的研究空间。

   同济大学医学院逯向雨助理教授、施烜医生为论文第一作者，吕欣教授、施剑林教授及海南大学李可博士为论文通讯作者。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-76331-8