北京化工大学程红波教授、国家纳米中心梁兴杰研究员等JACS：蛋白质激发的单线态氧智能触发器

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单线态氧(¹O₂)被广泛应用于光化学合成、光降解和光动力疗法(PDT)中，在医学和生物学领域受到了越来越多的关注。在PDT中，¹O₂通过能量转移产生，即在适当的光照下，处于激发态的三线态光敏剂(PS)的能量将转移到基态的氧上。由此，可激发的PS至关重要，它可以响应目标刺激从而控制¹O₂的产生，由此实现高精度、少副作用的治疗效果。然而，由于不可逆的相互作用，这种可激发的PS系统有时无法精确控制¹O₂的产生，使得¹O₂的可逆调制仍然是一个挑战。

在本文中，作者受到了自然界分子自组装能力的启发，开发了一种新型可逆的PDT开关，通过基于人血清白蛋白(HSA)的二芳基乙烯(DIA)自组装纳米颗粒，介导控制¹O₂的产生(图1)。这种纳米颗粒以两亲性的光致变色开关DIA为自组装模块，通过分子间的相互作用在水溶液中形成稳定的纳米组装体(NanoDIA)，同时也导致聚集诱导淬灭现象。这时加入HSA，可以从稳定的NanoDIA中捕获光DIA分子，并诱导其分解，重新开启了光致变色光活性。

图1. DIA组装和拆卸的动态过程及光动力免疫疗法的示意图。

DIA组装体会在不同的光照下展现出不同的状态，如图2所示，当处于近红外(NIR)光照下时，NanoDIA处于开环状态，这时卟啉光敏剂(PS)可有效产生¹O₂，实现有效的PDT。相反，当处于紫外(UV)照射下时，DIA为闭环状态，会严重抑制¹O₂的产生，由此充当了开关的角色。

图2. 在UV和红外下，DMSO溶液中DIA的氢谱。

这个体系(HSA-DIA-PS)可以进行精确的生物成像。

作者使用了共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)，在交替的UV(365 nm)和NIR(760 nm)照射下进行了分辨率增强的光开关荧光成像。该成像显示了在癌细胞内，HSA-DIA-PS（红色）相较于罗丹明B（绿色）有更明显的光控可逆荧光信号。

图3. CLSM观察HeLa细胞中NPs两个成像通道的UV / NIR循环。

基于这一体系，作者同样进行了体内的肿瘤光动力治疗。从图3A中可以看到，与其他对照组相比，用开环状态的纳米组装体，以420 nm光照射(O-NPs)的4T1荷瘤小鼠肿瘤抑制效果最佳，并且各组之间体重的差异几乎可以忽略不计，表明HSA负载的纳米组装体的细胞毒性很低。

图4. HSA-DIA-卟啉纳米组装体在4T1荷瘤小鼠体内的PDT功效。

综上所述，作者开发了一种新型可逆的PDT开关，通过基于人血清白蛋白(HSA)的DIA自组装纳米颗粒，介导控制¹O₂的产生。这个体系可以实现精确的光控可逆生物成像，并在体内实验中展现出明显的肿瘤抑制作用。与现有的联合免疫疗法策略相比，这项工作为可逆控制光动力免疫疗法提供了新的概念，也为生物技术领域中光控治疗工具的发展提供了巨大的推动力。

该研究以：Protein-Activatable Diarylethene Monomer as a Smart Trigger of Noninvasive Control Over Reversible Generation of Singlet Oxygen: A Facile, Switchable, Theranostic Strategy for Photodynamic-Immunotherapy为题，发表在JACS上。本文的通讯作者是来自北京化工大学的程红波教授、国家纳米科学中心的梁兴杰研究员、韩国成均馆大学的Jin Yong Lee教授，和梨花女子大学的Juyoung Yoon教授。

原文链接
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c12851

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