红光触发胞内一氧化碳释放选择性清除MRSA细菌感染

一氧化碳 (CO) 等气体信号分子在生物学上的巨大应用潜力受到研究者的广泛关注。由于高浓度CO的系统毒性，研究人员已发展了多种CO释放分子以期实现CO的安全、局部递送。金属羰基化合物是最常用的CO释放分子，被广泛用于研究CO的生理功能。前期研究发现金属羰基化合物能够同时被革兰氏阳性菌和阴性菌摄取，具有广谱的杀菌性能。然而，对比实验却发现饱和的CO气体水溶液在同等条件下几乎无杀菌性能。由于金属羰基化合物降解产生过渡金属离子，因此，金属羰基化合物的杀菌性能究竟是来源于过渡金属离子还是释放的CO存在争论。为了澄清这一问题，发展无金属类的CO释放体系至关重要。然而已有的无金属CO释放体系大多对紫外光响应，而紫外光的自身的光毒性直接影响CO抗菌性能的评价。

针对这一问题，中国科学技术大学化学与材料科学学院胡进明课题组近期提出了一种利用光氧化活化3-羟基黄酮衍生物的新策略，成功的制备了在红光辐照条件下释放CO的新体系。虽然直接触发3-羟基黄酮衍生物释放CO需要在紫外光辐照下进行，研究表明3-羟基黄酮衍生物也可以被单线态氧 (¹O₂) 氧化实现CO的触发释放。通过将光敏剂四苯基卟啉衍生物 (TPP) 和3-羟基黄酮衍生物共聚引入到胶束内核中，不仅增加了光敏剂和CO释放基元的水分散性，而且实现了光敏剂和CO释放基元局部富集以利于光氧化反应发生。在红光辐照下 (650 nm)，TPP光敏剂将³O₂转化为¹O₂，原位产生的¹O₂氧化3-羟基黄酮释放CO。研究表明所制备的胶束可以被金黄色葡萄球菌 (革兰氏阳性菌) 选择性摄取，而不能进入大肠杆菌 (革兰氏阴性菌) 胞内，红光触发胞内CO释放能够选择性杀灭金黄色葡萄球菌。在此基础上，作者构建了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 感染皮肤伤口模型，实验发现CO的触发释放不仅能够有效清除MRSA病原菌，同时可以加速感染伤口的愈合。这项工作不仅实现了红光触发释放CO的新策略，而且揭示了胞内局部释放CO对抗菌性能的关键作用。

论文信息

Red Light-Triggered Intracellular Carbon Monoxide Release Enables Selective Eradication of MRSA Infection

Jian Cheng, Guihai Gan, Zhiqiang Shen, Lei Gao, Guoying Zhang, and Jinming Hu*

Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.202104024 (Selected as Hot Paper)