一、项目名称发现致癌性卤代芳烃自由基产生新机制二、提名者及提名意见提名专家：江桂斌项目完成人朱本占研究员长期从事自由基化学生物学与环境污染物自由基毒性机理方面的研究，取得了具有独创性和系统性的研究成果，特别是突破了经典羟基自由基产生理论（Fenton反应），发现了一类不依赖于过渡金属离子的卤代醌介导产生羟基自由基，化学发光和重排反应的新型分子机制，首次检测并鉴定了一类新型的以碳为中心的醌自由基，发现卤代醌介导产生的多种活性自由基中间体能诱导产生DNA等生物大分子的氧化损伤，提出五氯酚及其它持久性卤代芳烃污染物致癌的自由基新机制。
该项目研究成果丰富和发展了经典羟基自由基产生理论，在有机污染物自由基产生机制和毒性效应研究方面有重要突破，形成了比较系统的理论与方法体系，在国际权威综合性学术期刊《美国科学院院刊》PNAS连续发表五篇相关论文，有关成果被写入经典教科书《Free Radicals in Biology and Medicine》, 多次被Science等期刊作专栏或亮点/封面介绍，入选中科院“十二五”重大科技成果及标志性进展。
朱本占研究员应邀担任美国化学会著名毒理学期刊Chem. Res. Toxicol.等多个学术期刊的编委或特约/专刊编辑，并多次在重要国际学术会议如Gordon Conference上做大会/特邀报告；曾获中科院“百人计划”、国家基金委“杰青”和“创新群体”基金支持，终期评估三项皆为“优秀”；荣获中科院“杰出科技成就奖” 和徐元植顺磁共振发展奖励基金“杰出贡献奖”。
提名该项目为国家自然科学奖二等奖。
三、项目简介自由基，特别是羟基自由基(•OH)的形成机制，在化学、生物医学及环境科学与技术等多项前沿研究领域中均十分重要。
本项目属于环境化学与毒理学、物理有机化学等多学科交叉领域。
项目完成人长期从事自由基化学与卤代芳香环境污染物分子毒性机理研究，取得以下具有独创性和系统性的研究成果：1. 突破经典•OH产生理论，发现了一类不同于经典Fenton反应的卤代醌介导的•OH产生新机制，提出五氯酚等卤代芳烃致癌的自由基新机理；首次检测/鉴定了一类新型的碳中心醌自由基，为先前提出的卤代醌诱导的氢过氧化物分解的亲核取代/均裂分解机制提供了直接实验证据；采用新型自由基捕获剂，首次分离纯化了醌碳加合物的自由基形式，建立了ESR自旋捕获与HPLC/MS联用的未知自由基检测鉴定新方法；发现卤代醌介导产生的多种活性自由基能导致DNA损伤。
•OH产生新体系和未知自由基鉴定新方法被国内外多个课题组采用，引发并引领了系列后续研究。
2. 发现异羟肟酸对致癌性卤代醌解毒机制并非是由于其经典的络合铁的能力，而是通过一类非同寻常的可在正常生理条件下即可进行的两步Lossen重排反应，而经典Lossen 重排只在加热/碱性时发生；进而发现卤代醌活化的系列新型重排反应和新型活性氮中心自由基产生/DNA加合物形成机理，具有重要理论和生物环境意义。
3. 发现四卤代醌/H2O2可产生依赖于内源性•OH的一类全新的二次化学发光(CL)体系及作用机理，并推广到五氯酚及其它卤代芳烃在高级氧化的降解过程中。
据此，开发出一项快速灵敏且简单有效的CL分析手段，不仅可用于定量检测痕量的卤代芳烃类环境污染物/药物如五氯酚及甲状腺素等，还可对高级氧化过程中卤代芳烃的降解动力学进行实时监测，该方法获国家发明专利。
以上系统性研究成果丰富和发展了经典•OH产生理论，在卤代芳烃污染物自由基产生机制和毒性效应研究方面有重要突破，推动并引领了污染物自由基化学和毒理学的发展，形成了比较系统的理论与方法体系，研究成果在国际权威综合性学术期刊《美国科学院院刊》以自由投稿方式发表五篇论文。
有关成果被写入《Free Radicals in Biology and Medicine》经典教科书, 多次被Science等期刊作专栏或亮点/封面介绍, 入选中科院“十二五”重大科技成果及标志性进展（为资环领域唯一入选项目）。
由于在自由基化学与毒理学方面的影响，应邀在美国著名的“Gordon研究会议”上作50分钟大会报告，在“第14届国际自由基研究大会”上作邀请报告，在“香山会议”、“双清论坛”等作专题报告；应邀担任美国化学会著名毒理学期刊Chem. Res. Toxicol.等多个学术期刊的编委或特约/专刊编辑；当选为中国环境诱变剂学会“活性氧生物效应专业委员会”副主任，中国生物物理学会“生物与医学自由基分会” 理事；2006年获中科院“百人计划”，2009年获国家自然科学基金委“杰出青年基金”支持，终期评估皆为“优秀”；作为“创新群体”学术带头人，2013年获国家基金委“创新群体”基金支持，2016年被评为“优秀”；荣获2013年度中科院“杰出科技成就奖”，2018年徐元植顺磁共振发展奖励基金“杰出贡献奖”。
四、客观评价1. 项目发现的一类不依赖于过渡金属离子的卤代醌介导的氢过氧化物的分解产生羟基和醌碳自由基的新型分子机制，获得国际权威的认可，被美国化学会化学毒理学期刊Chem. Res. Toxicol.多次作为Spotlight介绍，被大量著名期刊引用，引发系列后续研究，多次被邀请作大会特邀报告。
在自由基研究领域的国际权威 Barry Halliwell教授主编的有关自由基生物与医学方面的教科书“Free Radicals in Biology and Medicine”的最新版本中（4th Edition, 43-44, Oxford University Press, 2007）得到了专门介绍和讨论，并十分罕见地以私人通讯方式引用了当时由于申请基金而尚未正式发表的最新发现。
（其他证明1）2007年7月应邀在美国召开的有关自由基化学与生物学的Gordon ResearchConference“高登研究会议”上作了50分钟的邀请报告（其他证明2）。
两年一次的国际自由基研究大会是本领域最有影响的会议之一。
项目完成人参与组织了2008年10月在北京主办的第14届国际自由基研究大会，并被邀请在会议上作了30分钟的特邀报告（其他证明3）。
这次会议的成功举办对中国在自由基领域的研究产生了积极影响。
上述系列研究受到了国际同行的重视和肯定，在许多专著/综述文章中得到了大段引用和讨论：美国自由基研究学会主席, Iowa大学Garry Buettner教授在其发表的PNAS等文章中引用项目完成人的多篇文章以支持其研究结论（PNAS, 2009, 106, 9725；（其他证明4）。
该项目发现的新型•OH产生的卤代醌/H2O2系统在国内外引发了系列后续研究，进一步验证或拓展了该项目的发现，取得许多重要研究成果（其他证明5）该项目建立的BMPO-ESR自旋捕获-HPLC/MS联用的未知自由基检测和鉴定的新方法，为国内外多个研究组的研究提供了关键技术，很快就被其他实验室用来成功的检测和鉴定各自复杂体系中产生的多种自由基中间体，引发了系列后续研究，为其机理研究提供了关键证据：吉林大学于吉红院士的团队检测和鉴定了•OH促进沸石结晶化过程中产生的多种碳/硅/氧中心自由基中间体，该项研究发表在Science上（Science, 2016, 351, 1188）；（其他证明6）美国加州大学尔湾分校/德国普朗克化学所 Shiraiwa 教授的团队则在大气颗粒物中检测和鉴定了多种新型碳中心自由基中间体（Arangio, et al., Atmos. Chem. Phys.,(2016) 16, 1761–1771）。
（其他证明7）由于在自由基化学毒理学方面研究的影响，项目完成人应美国化学会著名化学毒理学期刊Chem. Res. Toxicol.（《化学毒理学研究》）主编邀请，对上述系列研究进行了系统总结并作了展望，论文以Featured Editorial Perspective和Cover的形式作特别报道（其他证明8）。
自2009年起,项目完成人应邀担任Chem. Res. Toxicol.的编委，是第一位来自中国本土的科学家被邀请担任该期刊国际编委（每届3年已连任4届）。
2. 有关异羟肟酸的新型解毒分子作用机制：一类非同寻常的二次Lossen重排反应的研究工作在PNAS发表后不久(代表性论文7)，即被Chem. Res. Toxicol.在其“Spotlight”栏目中作了专门介绍（其他证明9）在此基础上，对卤代醌与异羟肟酸类和醛肟类化合物的反应机理进行了系统深入的研究，发现在正常生理条件下即可发生的的系列新型重排反应，如：异羟肟酸氮原子上取代基的微小改变(H → CH3→ Ph)，将导致与卤代醌反应机理的截然不同(Lossen → Radical → Claisen重排) （J. Org. Chem., 2015, 80, 180）。
近来还发现醛肟类神经毒剂解毒剂可部分保护TCBQ导致的毒性，推测可能通过二次Beckmann裂解、均裂和重排三种机理的竞争。
更为重要的是，在机理研究基础上, 最近首次在体外DNA和活体动物肝脏中中均发现了以氮为手性中心的新型多环芳胺-DNA加合物，提出了其可能的氮/碳自由基（而非先前认为的氮/碳正离子）形成新机制。
3. 项目发现一类全新的依赖于内源性•OH的二次化学发光产生体系，据此开发出一种快速灵敏且简单有效的化学发光分析方法，获国家发明专利，并引发了系列后续研究。
此项研究也受到了我国著名化学发光研究专家，清华大学林金明教授的关注，在其撰写的有关化学发光的综述中，对该研究作了较详细的图文介绍（Analyst, 2013, 138, 5182）（其他证明10）。
这些发现可能具有重要的化学，环境与生物学意义，为今后深入研究这类重要的卤代芳烃污染物提供研究基础与方法学指导 (Sci Rep. 2016, 6, 33159; Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 2934; J. Environ. Sci. 2017, 62, 68)。
受该研究的启发，赵丽霞研究员等发展了采用连续流动化学发光动态监测五氯酚光降解毒性中间产物的方法（Environ. Sci. Technol., 2018, 52, 2870）。
（其他证明11）以上系统性研究成果丰富和发展了经典•OH产生理论，在卤代芳烃污染物自由基产生机制方面有重要突破，推动并引领了自由基化学的发展，研究成果在国际权威学术期刊《美国科学院院刊》PNAS,以自由投稿方式连续发表五篇论文（第一并通讯作者）。
由于在自由基化学与毒理学方面的影响，项目完成人多次应邀在“香山会议”，“双清论坛”等作专题报告（其他证明12）；有关成果多次被Science等期刊作了专栏或亮点/封面介绍（其他证明13）, 入选中科院“十二五”重大科技成果及标志性进展（为资环领域唯一入选项目）（其他证明14）；应邀担任美国化学会主办的著名毒理学期刊Chem. Res. Toxicol.，自然出版集团Scientific Report,《科学通报》等多个学术期刊的编委或特约/专刊编辑（其他证明15）；当选为中国环境诱变剂学会“活性氧生物效应专业委员会”副主任，中国生物物理学会“生物与医学自由基分会” 理事；2006年获中科院“百人计划”，2009年获国家基金委“杰出青年基金”支持，终期评估皆为“优秀”（其他证明16）；作为“创新群体”学术带头人，2013年获国家基金委“持久性有毒污染物的环境过程与毒理效应创新研究群体”基金支持，2016年被评为“优秀”；荣获2013年度中科院“杰出科技成就奖”（其他证明17），2018年徐元植顺磁共振发展奖励基金“杰出贡献奖”（其他证明18）五、代表性论文专著目录1.Zhu B.Z., Kalyanaraman B. and Jiang G.B. (2007) Molecular Mechanism formetal-independent production of hydroxyl radicals by hydrogen peroxide andhalogenated quinones. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104: 17575-17578.2.Zhu B.Z., Zhao H.T., Kalyanaraman B. Liu J., Shan G.Q., Du Y.G. and Frei B.(2007) Mechanism of metal-independent decomposition of organic hydroperoxides and formation of alkoxyl radicals by halogenated quinones.Proc. Natl. Acad. Sci. USA104: 3698-3702.3.Zhu B.Z., Shan G.Q., Huang C.H., Kalyanaraman B., Mao L. and Du Y.G. (2009)Metal-independent decomposition of hydroperoxides by halogenated quinones: Detection and identification of a quinone ketoxy radical. Proc. Natl. Acad.Sci. USA 106: 11466-11471.4.Zhu B.Z. and Shan G.Q. (2009) Potential mechanism forpentachlorophenol-induced carcinogenicity: A novel mechanism for metal-independent production of hydroxyl radicals.Chem. Res. Toxicol. 22:969-977.5.Huang, C. H.; Shan, G. Q.; Mao, L.; Kalyanaraman, B.; Qin, H.; Ren, F. R.;Zhu, B. Z. (2013) The first purification and unequivocal characterization of the radical form of the carbon-centered quinone ketoxy radical adduct.Chem. Commun.49: 6436-6438.6.Shao J, Huang CH, Kalyanaraman B, Zhu B.Z. (2013)Potent methyl oxidationof 5-methyl-2’-deoxycytidine by halogenated quinoid carcinogens and hydrogen peroxide via a metal-independent mechanism.Free Radic. Biol. Med.60: 177-182.7.Zhu B.Z.,Zhu J.G., Kalyanaraman B., Mao L. and Shan G.Q. (2010) Detoxifyingpolyhalogenated quinones by hydroxamic acids via an unusual double Lossen rearrangement. Proc. Natl. Acad. Sci. USA107: 20286-20290.8.Zhu B.Z., Mao L., Huang C.H., Qin H., Fan R.M., Kalyanaraman B., Zhu J.G.(2012)Unprecedented hydroxyl radical-dependent two-step chemiluminescence production by polyhalogenated quinoid carcinogens and H2O2. Proc. Natl. Acad. Sci. USA109: 16046-16051.六、主要完成人情况表姓名朱本占性别男排名 1 国籍中国技术职称研究员最高学历博士最高学位博士工作单位中国科学院生态环境研究中心行政职务无完成单位中国科学院生态环境研究中心所在地北京单位性质科研事业单位参加本项目的起止时间 2007年1月至 2015年12月对本项目主要学术贡献：五篇PNAS论文（代表性论文1，2，3，7，8）中最核心的机理方面的研究是在项目完成人回国后自己组建的实验室中独立完成的，其主要研究思路和实验方案都是项目完成人提出和设计的，许多具体实验也是在项目完成人具体指导或参与下由学生完成的，论文的全部写作主要由项目完成人完成。