巢晖教授课题组利用金属配合物性质易调控的优点，通过改变电荷、脂溶性，实现金属配合物对细胞器的靶向性富集调控（Coord. Chem. Rev., 2019, 378, 66）。在此基础上，利用金属配合物的长激发态寿命，构筑一系列单/双光子的光敏剂用于细胞器靶向的癌症治疗（Nat. Chem., 2019, 11, 1041; Nat. Commun., 2020, 11, 3262; Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 14049; 2017, 56, 14898; 2019, 58, 14334; PNAS, 2018, 115, 5664; 2019, 116, 20296），为开发金属配合物用于生物治疗提供了新的研究思路。然而，与传统化疗药物类似，这类光敏剂通过诱导肿瘤细胞凋亡实现肿瘤治疗，同样也面临可能的耐药风险。至今为止，金属配合物诱导肿瘤细胞非凋亡性死亡、实现克服肿瘤耐药研究尚处于起步阶段。在前期实现诱导肿瘤细胞坏死、涨亡等非凋亡性死亡的工作基础上（Chem. Sci., 2018, 9, 5183; Chem. Commun., 2018, 54, 6268; Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 3315），巢晖教授课题组开发了基于钌(II)配合物的拓扑异构酶 I/II双重催化抑制；进一步研究发现，配合物能诱导耐药肿瘤细胞坏死性凋亡，有效克服肿瘤耐药（图1）。

图1. 拓扑异构酶I/ II双重催化抑制剂诱导耐药肿瘤坏死性凋亡示意图

        作者通过辅助配体改变配合物的电荷和脂溶性，从而调控配合物的细胞摄取量和细胞器靶向性。其中环金属化配合物Ru7在具有高细胞摄取量的同时，实现了细胞核靶向富集（图2）。DNA拓扑异构酶（topoisomerase，Topo）为催化DNA拓扑学异构体互相转变的酶的总称，可调控DNA转录、复制和基因表达。根据催化机制，Topo酶划分为Topo I和Topo II，因在肿瘤细胞中高表达而成为临床肿瘤治疗靶点。喜树碱（Topo I抑制剂）和依托泊苷（Topo II抑制剂）是其代表性药物，但这类单一酶抑制剂的疗效受多种因素限制，与之相比，Topo I/II双重抑制剂具有显著的治疗优势。利用DNA松弛、断裂和凝胶电泳迁移率转移分析，辅助分子对接模拟计算，证实Ru7通过π-π堆积、阳离子-π相互作用以及氢键与Topo I/II的催化口袋相结合，从而阻止DNA拓扑异构酶与DNA的结合，是罕见的Topo I/II双重催化抑制剂。

图2. 钌(II)配合物细胞摄取及细胞核靶向性

        抗肿瘤实验表明Ru7能诱导肿瘤细胞发生坏死性凋亡。细胞信号通路研究证实Ru7通过抑制Topo I/II活性、诱导DNA损伤、激活DNA修复酶PARP-1及下游RIPK1-RIPK3-MLKL坏死性凋亡核心通路，从而有效地克服肿瘤耐药（图3）。该研究首次揭示了钌(II)配合物通过抑制拓扑异构酶，诱导肿瘤细胞坏死性凋亡之间的内在联系。作者进一步开展了小鼠耐药肿瘤模型测试，评估诱导肿瘤细胞坏死性凋亡的金属配合物活体抗肿瘤效果。实验结果表明，经过4天1次腹腔注射给药，连续24天治疗后，Ru7在裸鼠耐药肿瘤模型中表现出非常优异的抗肿瘤活性；荷瘤鼠主要组织器官的切片染色观察表明Ru7并没有造成明显的组织损伤或病变，同时给药组的裸鼠也没有出现体重下降或行为异常的情况（图3）。

图3. 小鼠耐药肿瘤疗效评估

        相关研究成果发表在化学综合期刊Angewandte Chemie International Edition，文章的第一作者为我校化学学院博士研究生熊凯，中山大学陈禹副教授、华中师范大学万坚教授、中山大学巢晖教授为共同通讯作者。

        以上研究工作得到国家自然科学基金（21525105, 21778079, 21977126），教育部 （No. IRT-17R111），中央高校基本科研业务费（20lgjc01）和广州“珠江科技新星”计划 （201806010136）等项目的资助。

        论文链接：https://DOI: 10.1002/anie.202006089