利用黄素类化合物的生物正交光催化反应将 PtIV底物转化为 PtII抗 癌药物

理想的抗 癌药物应该是有效杀死迅速产生的细胞，直接靶向肿瘤部位，并且在到达患病区域之前药物 是无毒的。以铂II（PtII）为基础的化学ZL药物已经改变了许多人的生活，其中最常用的药物是顺铂(Cisplatin)， 可以ZL和治愈例如膀胱，乳腺，子宫颈，肺，卵巢和头颈部的癌症疾病。 PtII 以活性药物形式与 DNA 结 合，从而干扰细胞复制，杀死迅速增殖的癌细胞。 但是，PtII 对健康细胞也有毒，导致严重的副作用，尤 其是对于那些患有肾脏疾病的患者。非活性（前药）PtIV 对应物对正常细胞几乎没有毒性，甚至可以通过催 化转化为活性 PtII 药物。了解这些生物学机制并利用定向光疗法可以为治愈癌症提供新颖的ZL方法。为 此，研究人员必须首先确定 Pt 还原过程中的催化过程和中间态。 爱丁堡仪器的 LP980 瞬态吸收光谱仪和 FLS1000 荧光光谱仪可以wan美匹配新型疗法的测量和改进（图 1）。

图 1. (左)爱丁堡仪器公司的 LP980 瞬态吸收光谱仪和(右)FLS1000 光致发光光谱仪。

一组来自西班牙和意大利的科学家，由 Donostia 国际物理ZX（西班牙，圣塞瓦斯蒂安）的 Luca Salassa教授领导，与巴斯克地区大学（西班牙，毕尔巴鄂）的 Virginia Martínez-Martínez 博士合作， 利用爱丁堡仪器（Edinburgh Instruments）时间分辨荧光和瞬态吸收光谱仪研究了在生物环境中黄素（FLs）将 PtIV 前药复合物转化为活性 PtII 药物底物的光催化机理。尽管金属配合物在催化反应中很少被称为底物，但研究人员能够证明黄素是这些 PtIV 前药底物的有效氧化还原光催化剂，并表明该催化过程是由黄素的光引发三重态驱动的。

图 2.（左）PtIV 到 PtII 还原的光催化机理：光激发三重态黄素介导，从 NADH 获取了两个电子。（右）此研究中黄素以及黄素单核苷酸

（FMN），Pt IV 前药（1） 图 2 说明了黄素将 PtIV 前药底物还原为活性 PtII 药物底物的光催化循环。黄素吸收带中的光激发产生激发单重态，迅速经历系间窜越，变成激发三重态 3FL*。由于 3FL*的巨大氧化潜力，它能够从生物供体（如 NADH）中提取两个电子，以产生活性催化物质 HFL–（或 H2FL，取决于溶液的 pH）。然后，HFL–可以将 PtIV 前药底物还原为活性 PtII 药物底物并重复该循环。在没有光照的情况下，该过程仍然可以进行，但是效率大大降低。为了验证该过程，研究人员研究了在无氧环境中黄素单核苷酸（FMN）和 NADH光照射后的吸收光谱。这表明发生了向 HFMN-转变的特征吸收变化。对光照射后 FMN，NADH 和 PtIV底物 1（图 1）进行的进一步 H1NMR 研究表明，存在 HFMN–，并且在溶液中添加了 PtIV 底物 1 后，其返回 FMN。

图 3.（顶部）使用 ICCD 探测器测试 3FMN *时间分辨瞬态吸收光谱，（底部）使用 PMT 测量 FMN、FMN + NADH 和 FMN + NADH + PtIV 底物 1 在 700 nm 下的三重态寿命曲线显示了主体 3FMN *寿命的明显淬灭。 所有测量的激发波长均为 445 nm。

为了进一步证明这种光催化机制的中间状态，研究人员巧妙地利用了纳秒瞬态吸收来单独测量光激发的 FMN 本身及其并结合了 NADH 和 PtIV 底物 1（图 3）后的光谱和寿命信息。一个宽的、高振荡强度的近红外三重态吸收与 3FMN*的形成直接相关，3FMN*的寿命在加入 NADH 和 PtIV 底物 1 后从 14μs 急剧地淬灭到大约 2.4μs。该数据表明 3FMN*GX地三重态产生，是引发催化循环所需的主要光产物。为了确保单重态在光催化过程中的参与最小化（如果有的话），对 FMN，NADH 和 PtIV 底物 1 的光谱及其相关寿命进行了光致发光测量。

图4. FMN, FMN + NADH, and FMN + NADH + PtIV 底物 1,的荧光寿命，表明对于主体 FMN 的 4.7 ns 的单重态寿命没有猝灭变化。激发波长为 445  nm，以 FMN 在 540 nm 处的发射峰为发射波长进行监测。 

图 4 为 FMN、FMN + NADH、FMN + NADH + PtIV 底物 1 的荧光衰减曲线；当加入另外两种分子 时，FMN 的 4.7 ns 寿命并没有发生变化。这说明 NADH 和 PtIV 底物 1 都不与光激发单重态 1FMN*相互作用，光催化过程仅在单重态发生系间窜越后形成 3FMN*时才开始。

结论 

利用光催化过程是药物化学家可用于开拓新型药物分子系统，递送和ZL方法的众多工具之一。 爱丁堡仪器 LP980 瞬态吸收和 FLS1000 光致发光光谱仪经过精心设计，可为研究人员提供zui佳的测量 方法，以研究和了解潜在的光催化机理，从而使这项激动人心的研究达到ZG水平。 

文章链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b02863 

图片经授权后再排版，引用于 ACS Catal. 2020, 10, 187-196。