氣體信號分子 (Gaseous signaling molecule，GSM)，如一氧化氮 (NO)、一氧化碳 (CO)和硫化氫 (H2S) 等不僅在許多生理和病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，而且對多種疾病具有獨(dú)特的治療效果。為了克服氣體儲(chǔ)存不便、實(shí)現(xiàn)局部可控遞送和降低其系統(tǒng)毒性，研究人員發(fā)展了多種GSM供體分子，它們在治療癌癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等多種疾病表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。雖然在GSM可控遞送及其生物應(yīng)用方面已有眾多進(jìn)展，但如何實(shí)現(xiàn)兩種或以上GSM的同步遞送和其治療功能的協(xié)同卻研究甚少。眾所周知，在真實(shí)的生理/病理環(huán)境下多種GSM共存且相互影響，而單獨(dú)遞送一種GSM與真實(shí)生理/病理環(huán)境相去甚遠(yuǎn)。為了進(jìn)一步理解生理/病理環(huán)境下多種GSM相互作用和影響機(jī)制，非常有必要發(fā)展新型的GSM供體以實(shí)現(xiàn)多種GSM的協(xié)同遞送，這也將有助于發(fā)展基于GSM的新型生物功能材料。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院胡進(jìn)明課題組致力于GSM生物功能材料研究，他們發(fā)展了多種GSM遞送載體并探索了其在抗炎、抗菌等方面的潛在應(yīng)用 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21864-21869; 2021, 60, 13513-13520; 2021, 60 20452-20460)。近日，胡進(jìn)明教授和劉世勇教授等合作報(bào)道了一種能夠在可見光輻照下同時(shí)釋放兩種GSM的供體分子。通過將NO釋放基元 (N-亞硝胺衍生物) 共價(jià)鍵合到CO釋放基元 (3-羥基黃酮衍生物) 上，所獲得新型NO/CO供體分子不僅不影響3-羥基黃酮本身釋放CO的能力，同時(shí)3-羥基黃酮可以作為光吸收的天線。在單一波長可見光下輻照下同時(shí)活化3-羥基黃酮和N-亞硝胺基元，實(shí)現(xiàn)NO和CO的協(xié)同釋放。
研究人員證明了NO/CO共同釋放的膠束對革蘭氏陽性菌 (如金黃色葡萄球菌) 具有選擇性相互作用和協(xié)同殺菌能力，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于單獨(dú)釋放NO或CO的膠束。NO/CO的聯(lián)合指數(shù) (combination index; CI) 高達(dá)0.053 (當(dāng)CI < 0.3時(shí)通常被認(rèn)為是強(qiáng)協(xié)同作用)?？咕鷻C(jī)理研究發(fā)現(xiàn)：NO/CO的協(xié)同作用具有獨(dú)特的殺菌機(jī)制，其聯(lián)合使用促進(jìn)細(xì)菌膜的超極化和增加膜滲透性，然而傳統(tǒng)的陽離子抗菌高分子主要通過去極化過程破壞細(xì)胞膜殺菌。在MRSA感染的皮膚傷口模型中，NO/CO聯(lián)合用藥不僅可以根除細(xì)菌病原體，還可以加速傷口愈合，其治療效果優(yōu)于萬古霉素。這項(xiàng)工作成功實(shí)現(xiàn)了單一供體分子同時(shí)遞送兩種GSM，為探索多種GSM的協(xié)同作用提供了新思路。 論文信息： Orchestrating Nitric Oxide and Carbon Monoxide Signaling Molecules for Synergistic Treatment of MRSA Infections Lei Gao, Jian Cheng, Zhiqiang Shen, Guoying Zhang, Shiyong Liu,* and Jinming Hu* 文章的第一作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院高分子科學(xué)工程系博士研究生高磊。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202112782
