黄怀义教授科研成果｜新型铱光催化剂——缺氧环境诱导癌细胞氧化还原失衡-百灵威

光动力疗法（PDT）是一种联合应用光敏药物和激光活化治疗癌症的方法，光活化金属配合物可以对药物活化的时间和空间进行控制，在癌症治疗方面显示出的巨大潜力，已有基于锡、镥、钯和钌的光敏剂正在临床试验中或已被批准用于PDT。然而，癌症细胞主要在缺氧条件下生长，传统PDT的作用机制对氧气的高度依赖性限制了其应用，开发具有新作用机制的光敏剂用于癌症治疗具有重要意义。
线粒体电子传输链（ETC）释放的活性氧（ROS）对于缺氧条件下癌症细胞的增殖和氧化还原调节功能至关重要。ETC中的电子源是1,4-二氢烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH），它参与维持细胞内氧化还原平衡，并作为>400氧化还原酶中的辅酶。中山大学黄怀义教授设想在癌症细胞中选择性诱导NADH消耗，干扰线粒体ETC，从而破坏细胞内氧化还原平衡从而杀死癌症细胞，并设计合成了一种新型八面体环金属Ir(III)光催化剂[Ir(ttpy)(pq)Cl]PF₆（其中ttpy表示4′-(对甲苯基)-2,2′:6′,2′-三联吡啶，pq表示3-苯基异喹啉）。研究表明，该催化剂具有异常高的激发态还原电位，它对正常氧和缺氧的癌症细胞都具有光毒性，能够光催化氧化生物介质中的NADH，产生的NAD•自由基能在缺氧条件下协同光还原细胞色素c，从而选择性诱导NADH消耗，干扰线粒体的电子转移途径，导致癌症细胞氧化还原失衡。此外，该催化剂在黑暗中对正常细胞表现出低毒性，这有利于减少治疗的副作用。这种光催化氧化还原失衡策略为有效的癌症光动力治疗提供了一种新的方法^[1]。

图1 在463nm蓝光照射下NADH与金属铱光催化剂的光氧化还原反应<sup>[1]</sup><br>a、彩色线表示0.5小时内每5分钟记录一次的光谱。红色箭头表示吸光度随时间的变化方向；b、 NADH与金属铱光催化剂激发态相互作用的Stern−Volmer图；c、 463nm光照射后不同时间被CYPMPO捕获的NAD•自由基的X波段EPR光谱。

图1 在463nm蓝光照射下NADH与金属铱光催化剂的光氧化还原反应^[1]
a、彩色线表示0.5小时内每5分钟记录一次的光谱。红色箭头表示吸光度随时间的变化方向；b、 NADH与金属铱光催化剂激发态相互作用的Stern−Volmer图；c、 463nm光照射后不同时间被CYPMPO捕获的NAD•自由基的X波段EPR光谱。

黄怀义，中山大学教授，博士生导师，广东省杰出青年基金获得者。主要研究方向为肿瘤能量和物质代谢重编程的分子机制，开发了肿瘤光催化治疗策略。以金属光催化剂为光激活的化学工具，扰乱肿瘤细胞的电子传递和物质合成基础，实现肿瘤代谢重编程的时空调控，为光活化金属抗肿瘤药物研究提供了全新的策略。相关研究成果以第一或通讯作者发表于Nat. Chem.、Angew. Chem. Int. Ed.、Sci. China Chem.、Coord. Chem. Rev.、Biomaterials等国内外权威学术期刊发表60余篇论文，获得11项金属药物中国发明专利授权。

百灵威独家供应中山大学黄怀义副教授开发的新型金属铱光催化剂，产品优势如下：

光催化反应性能优异，可用于肿瘤光催化治疗研究、光催化有机合成反应、光催化产氢、细胞成像等研究领域；
具有独特的激发态氧化还原电位，能够作为光催化反应的激发态氧化剂或还原剂；
光稳定高、易于保存、操作安全、应用范围广、反应高效。

参考文献

Huang H, Banerjee S, Qiu K, et al. Targeted photoredox catalysis in cancer cells[J]. Nature chemistry, 2019, 11(11): 1041-1048.

黄怀义教授科研成果｜新型铱光催化剂——缺氧环境诱导癌细胞氧化还原失衡

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