非共价结合血清白蛋白的水溶性细菌叶绿素衍生物 WST11 光催化生成氧自由基

光诱导的自由基生成是包括光合作用和光动力疗法（PDT）在内的基础过程及诸多应用的重要标志。在本文中，我们报道了监测 WST11（光合色素 Bacteriochlorophyll a [Bchl] 的一种水溶性衍生物）在水溶液中光诱导生成活性氧（ROS）时的两项新发现。利用包括亚皮秒至毫秒级时间分辨光谱、ESR 光谱、电化学、光谱电化学、氧浓度测定法以及蛋白质质谱在内的多种互补实验技术，我们首先证明了在水溶液中，WST11 仅产生超氧自由基（O(2)(-*)）和羟基自由基（OH*），而未检测到单线态氧的迹象。其次，我们证明了 WST11 与人血清白蛋白（HSA）形成非共价复合物，且该复合物在具有生物学相关性的浓度下可作为光催化氧化还原酶发挥作用，能够实现约 15 次从结合的 HSA 蛋白到溶液中分子氧的电子转移循环。这些发现推翻了基于卟啉和叶绿素的 PDT 主要由单线态氧形成介导的传统范式，特别是在使用在血浆循环中发生光活化的敏化剂（如 Pd-Bacteriopheophorbide [WST09, Tookad]）进行的血管靶向光动力疗法（VTP）中。与此同时，我们的发现为新型敏化剂的设计范式开辟了道路，因为 O(2)(-*) 和 OH* 自由基是公认的重要病理生理过程前体，可被激活以实现肿瘤根除。此外，非专一性蛋白支架在结合光活化色素时成为空穴和电子汇的这一发现，为天然光活化氧化还原酶（如光合反应中心）的演化和作用机制提供了新见解，并为合成光转换装置的制备提供了新指导。