金（I）配合物作为抗癌药、生物催化剂等在生物体系中有着广泛的潜在应用。然而，大量的生理亲核试剂（例如硫醇）可以竞争性地与金（I）结合使其在到达靶点之前失活/中毒，对其在体外和体内的生物应用构成了很大的障碍。在开发金（I）抗癌药物时，此问题尤其严重，因为与血清硫醇的非特异性结合和对细胞内硫醇酶的靶向抑制均与金（I）的硫醇反应性有关^[1]。近几年，强σ供体配体如N-杂环卡宾（NHC），膦和炔基由于能够提高金的稳定性并同时保持酶抑制活性而备受关注。然而，如何将活性金（I）以高时空选择性的方式可控地递送至靶点仍然是一个巨大的挑战。

<section style="white-space: normal; line-height: 1.5em; margin-bottom: 20px; text-indent: 2em;">今天分享的这篇2020年发表于Angew. Chem. Int.Ed.的文章：Bioorthogonal Activation ofDual Catalytic and Anti-Cancer Activities of Organogold(I) Complexes in LivingSystems，报道了一种新的生物正交激活方法，利用Pd(II)触发的转移金属化反应在体外和体内条件激活NHC-Au (I) -苯乙炔配合物的生物活性，诱导活细胞和斑马鱼体内的抗癌活性。该工作来自于中山大学药学院的邹滔滔教授课题组，其团队的研究方向为药物化学生物学和生物无机化学，长期致力于含金属抗癌药物的开发，近期研究方向集中在设计新型抗癌前体药物和发展具有抗癌免疫活性的小分子药物等领域。

图1.文中使用的金配合物和Pd(II)试剂的化学结构

过渡金属介导的生物正交激活可以通过时空施用化学诱导剂将非活性前药，前荧光团或笼状蛋白高度选择性地转化为活性形式^[2]。文中作者利用Pd(II)的转移金属化反应激活生物系统中的有机金（I），并诱导其抗癌活性。作者首先使用咪唑基卡宾配体和苯乙炔或苯基配体合成了包含两个Au-C键的的有机金属配合物1a，1b和1c（图1），并在N-乙酰半胱氨酸（NAC）、谷胱甘肽（GSH）和活的非小细胞肺癌A549细胞中测试了这些配合物对生物相关硫醇的稳定性，结果表明它们对生理硫醇具有良好的稳定性（图2b）。然后作者通过与Pd1共孵育来测试1a是否可以进行转移金属化反应。¹H NMR（图2b）表明，Pd(II)可以在类似生理的条件下有效触发金属转移反应，从而破坏Au-C（乙炔）键。

图2.Pd(II)触发的金属转移有效激活了1a的反应性及其对生物相关硫醇的稳定性

为了详细说明金属化过程的可能机理，作者进行了密度泛函理论（DFT）计算（图3）。反应通过从Pd1释放氯离子开始，在Int1中留下一个空轨道，该空轨道有利于通过Π键与1a的苯乙炔部分结合，然后Int2异构化为具有Au-Pd-C三角形状的3-中心过渡态（TS1），之后Au-C键断裂形成Int3，其中苯乙炔的末端碳与Pd配位，而NHC-Au部分则通过金属-Π相互作用弱结合到三键，形成不稳定的NHC-Au-Cl。

图3.1a和Pd1之间反应的DFT计算

接下来作者使用香豆素前体作为底物来测试生成的不稳定NHC- Au(I)对Π键活化的能力（探针1，图4a）。将1a，探针1和12种不同的Pd(II)试剂分别在CH₃CN/H2O、PB及PBS中孵育1 h，使用荧光测量作为筛选方法来研究水性介质中的金属转移效率，结果表明，Pd(II)触发的金属过渡作用有效，并且形成的金物质在缓冲条件下对Π键活化具有催化活性。之后通过在A549细胞中进行该反应，也证明了Pd(II)触发的金属转移是激活细胞内金催化的有效策略。

图4.活性Pd(II)试剂的筛选

之后作者又通过硫氧还蛋白还原酶（TrxR）实验证实，Pd(II)能够激活癌细胞中有机金（I）配合物的硫醇反应性和细胞毒性。在此基础上，作者考虑通过向肿瘤靶向基团引入Pd(II)来实现癌症特异性药物激活的可能性。采用了含有RGD的肽并制备了HRGDH-Pd复合物，用于在整合素过表达的癌细胞中选择性识别和积累Pd(II)（图5a，b）。将其与金配合物共同导入癌细胞中，可以看到细胞倾向于死亡，而单独导入HRGDH-Pd则无明显的细胞凋亡效果，这表明金配合物确实有可能通过使用功能化的Pd(II)进行药物激活来区分癌细胞和正常细胞。

图5.靶向药物激活

最后为了验证该方法在体内条件下是否可行，作者研究了斑马鱼模型中的生物正交激活。实验结果表明活化的金（I）配合物确实具有抑制血管生成的活性。

总而言之，作者开发了一种新的生物正交激活方法，该方法可以以可控的方式将稳定的有机金（I）配合物转化为生命系统内部的活性金（I），并且通过Pd(II)的定点递送而不是对金（I）药物进行直接配体修饰，可以为靶向肿瘤治疗提供机会。同时这也是使用生物正交激活方法调节金配合物在生物系统中活性的第一个例子。

【原文链接】

https://doi.org/10.1002/anie.202013366

【文章DOI】

10.1002/anie.202013366

【参考文献】

[1]T.Zou,C.T.Lum,C.-N.Lok,J.-J.Zhang,C.-M.Che,Chem.Soc.Rev.2015,44,8786-8801.

[2]J.A.Prescher,C.R.Bertozzi,Nat.Chem.Biol.2005,1,13-21.

【本文作者】

胡程真

黄硕课题组硕士研究生