含金配位化合物具有獨特的化學生物學活性,近年來作為新一代金屬類抗癌藥物受到人們廣泛關注。以超配位碳(hypercarbon)為中心的超碳金簇[Ar-CAuI4]+是一類配位過飽和的有機金屬簇合物(organometallic cluster),碳-多金屬多中心鍵及多重金-金相互作用的存在使其具有良好的穩定性,從而具備了良好的金屬類藥物應用基礎。最近,化學系趙亮教授課題組發展了一種利用有機環化反應合成超配位碳-金屬簇的新方法,可以制備一系列從雙核到五核的有機金簇化合物。研究發現,當超配位碳-金簇進入腫瘤細胞后,因其親脂性陽離子特性可以富集于線粒體。在谷胱甘肽作用下,碳-金屬多中心鍵可通過協同解離的方式迅速并連續地釋放活性一價金離子。一價金離子可以對以硫氧蛋白還原酶(TrxR)為代表的多種酶進行有效抑制。同時,大量一價金離子的快速釋放也可以引發細胞助氧響應(pro-oxidant response),促進胞內氧化水平短時間內快速提升,從而刺激腫瘤細胞激活鐵死亡(ferroptosis)通路(圖 1)。此類超配位碳-金簇前藥(prodrug)的抗腫瘤活性在治療原位膀胱癌模型的小鼠實驗中得到了證實。基于鐵死亡機制的超配位碳-金簇前藥的發現,不僅推動了與鐵死亡細胞通路相關的抗癌藥物研究,還可克服現階段凋亡(apoptosis)機制主導的抗癌金藥所帶來的耐藥性問題,為金屬藥物的研發提供了全新的思路。

該成果以“超碳金簇前藥的協同金釋放導致的助氧響應與加速鐵死亡”(Pro-oxidant response and accelerated ferroptosis caused by synergetic Au(I) release in hypercarbon-centered gold(I) cluster prodrugs)為題發表于《自然·通訊》(Nature Communications)期刊。清華大學化學系2018級博士生肖奎為本文第一作者,國家納米科學中心2019級博士生張薿元、清華大學藥學院博士后李菲菲和哈爾濱醫科大學附屬第四醫院2021級博士生侯大勇為共同第一作者。清華大學化學系趙亮教授、國家納米科學中心王浩研究員、清華大學藥學院王戈林教授和哈爾濱醫科大學附屬第四醫院院長徐萬海教授為論文共同通訊作者。