南大張新星團隊Angew.Chem.發文：新質譜技術破解抗癌機理

　　近日，南開大學化學學院的張新星研究員團隊在Angewandte Chemie International Edition《德國應用化學》上發表了Probe‐Free Direct Identification of Type I and Type II Photosensitized Oxidation Using Field‐Induced Droplet Ionization Mass Spectrometry。張新星課題組通過實驗室自行開發的場致液滴電離-質譜技術（FIDI-MS），實現了無探針快速探測type I和type II光敏抗癌藥物氧化機理。

　　隨著光動力學療法（PDT）在普通癌癥臨床治療上應用的廣泛化，相關藥物及其機理的研究日益活躍。高效快速地識別光敏劑的type I和type II氧化機理，可充分發揮它們針對不同癌癥的優勢，這是光敏劑研究的焦點和難點問題。熒光/磷光探針、EPR和傳統的質譜技術都可作為辨別type I和type II氧化機理的手段，但探針的合成繁瑣昂貴且特異性低，EPR無法識別自由基化學結構，而傳統的質譜方法無法檢測到關鍵反應中間體。目前，研究者們仍在致力于嘗試和開發無探針、高靈敏而又快速直接有效的分析識別方法。

　　南開大學化學學院的張新星課題組通過實驗室自行開發的場致液滴電離-質譜技術（FIDI-MS），無需其他分子的加入即可直接、快速、原位地捕捉光敏致氧化反應中的不穩定中間體及其最終的反應產物，為識別type I和type II氧化機理提供分子層面上的信息。該團隊以不飽和磷脂POPC作為底物，詳細研究了第二代光敏劑temoporfin（T）的光氧化作用機理。他們采用FIDI-MS技術原位采樣和分析基底POPC氧化產物的強度和結構，進而識別type I和type II型氧化途徑。由于該裝置原位的優勢性，他們還捕捉到了type I反應中的關鍵不穩定中間物雙重態自由基（²TH）。相關研究成果發表在Angewandte Chemie International Edition上。

圖1.

　　圖1是FIDI-MS裝置的示意圖。通過在宏觀2 mm大小的液滴兩端施加瞬時脈沖電壓，使懸掛的液滴沿電場方向呈紡錘狀雙向延展，并撕裂釋放出帶電微液滴，進而被導入質譜儀以檢測其分子組成。這些微液滴是從原液滴的表面撕裂出來的，是原液滴的界面分子，因此，FIDI-MS的優勢在于可以快速、實時、原位探測界面上幾十到幾百納米的氣液界面層的化學成分而不受體相的任何干擾。

　　在氣液界面處，temoporfin傾向于聚集在疏水相，在660 nm激光的照射下，temoporfin產生的ROS會攻擊POPC疏水端油基鏈上的雙鍵，從而產生不同的氧化產物。該團隊系統地分析了在不同光敏劑濃度下，光照1分鐘后POPC的氧化產物，從而發現，低濃度（1 μM）光敏劑下，FIDI-MS檢測到的只有POPC-OOH產物，是典型的type II氧化途徑，即單線態氧氧化雙鍵機理（圖3）；當濃度增加時，出現由type II向type I氧化途徑的過渡；當濃度達到50 uM時，POPC的氧化產物趨向于多樣化且強度較高，type I自由基引發雙鍵氧化機理占據主導地位。

圖2.

　　Type I氧化機理中至關重要的一步是三線態光敏劑temoporfin拔取POPC的H原子，從而得到不穩定的雙重態自由基²TH和烯丙基自由基，引發后續的氧化反應。雙重態自由基²TH極其不穩定，難以被捕捉，但該團隊使用FIDI-MS技術成功捕獲到了²TH，進一步證明了該技術的獨特優勢：靈敏度高、原位、快速有效。

圖3. 反應機理

　　另外，該團隊通過DFT計算判斷光敏劑temoporfin可能的加氫位點，以chlorin 和3-hexene作為反應物研究chlorin的加氫反應過程，證明了雙重態²TH自由基形成的合理性。

　　綜上所述，該團隊自行研發的FIDI-MS裝置無需任何化學探針的輔助，即可在幾分鐘內快速識別分辨type I和type II光敏致氧化機理。該項技術有希望應用于臨床癌癥治療上光敏劑的特異性篩選和設計。

　　該論文的第一作者為南開大學博士研究生慕超男，第二作者為南開大學博士研究生王偉。

　　論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010294

　　供稿人：南開大學 慕超男