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硫氧还蛋白还原酶（TrxR）与硫氧还蛋白（Trx）构成的氧化还原控制系统作为细胞稳态的主要调节器，以抵抗各种细胞促凋亡应激，抑制TrxR可刺激活性氧（ROS）产生，扰乱细胞氧化还原稳态，最终诱导细胞凋亡。因此，TrxR被认为是抗癌药物开发的一个靶点。Au（I）配合物是TrxR的强抑制剂， Au（I）-NHC复合物由于其高的细胞毒性和稳定性而成为新一代潜在的抗癌药物。但是，由于这类配合物在溶液状态下的非发射性质，大多数已报道的含金抗癌体系都没有发光导向的探测特性，并不适合于生物体系。AIEgens具有在聚集体中的强光性、高抗光漂白性、大Stokes位移和优良的生物相容性，被广泛地用于生物传感、生物成像和图像引导治疗的各种用途。然而，AIE活性Au（I）配合物在体内外生物成像和临床上的应用还没有实现。近日，香港科技大学唐本忠院士、Ryan T. K. Kwok教授和南方医科大学南方医院检验科郑磊教授合作开发了一系列具有AIE特征的新型Au(I) 氮杂环卡宾（Au(I)-NHC）化合物，有望为基于Au的新型生物探针和候选药物的开发开辟新的途径。相关论文以” Multifunctional Au(I)-based AIEgens: Manipulating Molecular Structures and Boosting Specific Cancer Cell Imaging and Theranostics”为题，发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。（1）通过系统的生物学评价，筛选得到以三苯基膦为配体的配合物1，对硫氧还蛋白还原酶（TrxR）具有靶向结合和强抑制作用。（2）配合物1既可以实现对各种癌细胞的特异性成像，又可以有效抑制其生长，并且对正常细胞的毒性可以忽略。（3）配合物1可用作强大的放射增敏剂以增强抗癌功效，其性能优于普遍使用的金诺芬。1）将AIE活性TPE单元引入NHC框架，以赋予系统AIE特性；2）调整不同的配体，包括膦配体（1）、NHC配体（2和3）、乙酰基配体（4）和更不稳定的氯配体（1e），各种配体直接影响Au复合物的生物活性；3） 利用纯配体1d进行比较，确定Au原子在抗癌活性中的关键作用；4）对Au（I）-NHC配合物的结构与抗癌活性之间的关系提供见解，以进一步指导基于Au的 AIEgens在体内成像和治疗中的设计和研究。为了验证各种配合物的结构，作者通过XRD表征，结果表明中心Au(I)原子与周围的配位原子均形成线性结构。由于TPE的空间效应，结构中没有明显的亲金作用和分子间相互作用。在NHC配体（3）的晶体结构中，两个咪唑环不共面（图2A、图2C）。在乙酰基配体（4）的结构中，咪唑环、金原子和乙炔形成的平面由于空间效应完全垂直于TPE基的一个苯环（图2B、图2D）。由于AIE活性TPE单元受到分子内运动(RIM)机制限制，Au(I)配合物均表现出典型的AIE性质。它们的CH3CN/THF溶液是无辐射的，但是分别加入80 %的水后，配合物都增强了蓝色光致发光(PL) （图2E），最大发射波长470 nm（图2F）。因此，光致发光源于TPE基团的贡献，排除了亲金作用和金属电荷转移对发光的贡献。AIEgens具有高亮度、高光稳定性和聚合态的开启方式等优点，这使得它们非常适合于细胞成像。为了评价细胞成像能力，作者用CLSM对HeLa细胞和正常293T细胞进行荧光成像。如图3A所示，结果表明，膦配体（1）、NHC配体（2和3）优先在癌细胞中积累，可实现对癌细胞的特异性生物成像。乙酰基配体（4）、氯配体（1e）和不含Au的分子（1d）没有明显的荧光信号，表明膦配体（1）、NHC配体（2和3）正电荷的引入在癌细胞的选择性染色和特异性靶向中起着重要的作用，同时达到区分癌细胞和正常细胞的目的。为了评估膦配体（1）、NHC配体（2和3）对癌细胞的抗增殖能力和对正常细胞的毒性，作者利用MTT法对筛选得到的HeLa细胞和293T细胞进行实验。如图3B-3D所示,结果表明，膦配体（1）、NHC配体（2和3）表现出有效和强大的细胞毒性且存在剂量依赖相关性，但是对293T细胞显示出不同的毒性，NHC配体（2和3）对293T细胞有明显的毒性作用，对正常细胞的毒性不可忽略。因此，配合物1可以作为一种特异性、高效的抗癌药物。由于Au(I)- NHC类抑制剂的作用是对TrxR的强选择性抑制，作者推测配合物1对癌细胞的较强毒性作用，可能是由于其对TrxR的靶向结合和较强的抑制作用，从而最终实现对癌细胞的特异性抑制。基于上文所证明特异性生物成像，作者推断细胞内荧光强度应该与TrxR的含量高度相关，进而可以提示靶向TrxR的位置。结果表明，膦配体（1）、NHC配体（2和3）的细胞内荧光成像与细胞质中的TrxR1亚型密切相关（图4B），它们的抗癌能力来源于对TrxR活性的有效抑制（图4A）。配合物1对TrxR具有高度特异性的靶向能力，而配合物2和3的靶向能力相对较差，这有力地证明了配合物1在上述一系列试验中表现出的最佳特异性和抗肿瘤性能。要点5 配合物1诱导癌细胞产生大量ROS触发特定抗癌效果由于TrxR的抑制会破坏细胞内氧化还原的稳定性，进而诱导活性氧的生成因此，作者使用DCFH-DA指示剂来检测所有化合物对活细胞中ROS产生的影响。结果表明，膦配体（1）、NHC配体（2和3）孵育的细胞表现出强烈的荧光信号（图5A），说明加入这三种可诱导细胞产生大量ROS（图5B）。因此， 膦配体（1）、NHC配体（2和3）能有效地抑制TrxR活性肿瘤细胞中高度表达,导致细胞内ROS水平显著增加,破坏细胞内氧化还原内稳态,触发特定抗癌效果。含金材料具有很强的X射线或γ射线衰减能力，可作为放射增敏剂沉淀肿瘤内的辐射能量，提高放射治疗效率。因此，作者猜想配合物1是否可以成为理想的放射增敏剂。结果表明，配合物1可以作为一种有效的放射增敏剂来提高杀灭效果（图6A、6B），而ROS清除剂可以逆转共处理增强的放射增敏效应（图6C），进一步说明增强的放射增敏效应与细胞内ROS水平升高有关。综上，作者开发了一系列新的AIE活性Au（I）-NHC化合物，并对其生物学性质进行了系统的评价。大体积TPE单元的引入不仅可以使所有化合物发光，而且增强与TrxR的结合能力。将正电荷导入膦配体（1）、NHC配体（2和3）可以促进其对癌细胞的特异性靶向能力，而配合物1对多种癌细胞具有最佳的特异性和最有效的抑制作用，对正常细胞具有低毒性作用。机理研究表明，膦配体（1）、NHC配体（2和3）能有效抑制癌细胞高表达的TrxR活性，使细胞内ROS水平显著升高，破坏细胞内氧化还原稳态，并触发特异性抗癌作用。此外，配合物1还可以作为一种有效的放射增敏剂来提高抗癌效果，因此作为一种特异的肿瘤生物成像和治疗药物具有巨大的潜力。高分子科学前沿建立了“肿瘤治疗”，添加小编为好友（微信号：polymer-xiang，请备注：名字-单位-职称-肿瘤治疗），邀请入群。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000048声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
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