光控的生物正交反應能夠利用外源光對生物活性分子進行原位可控的精準調控。這種原位光控調控已經成為化學生物學領域中的一項常見而有效的手段，廣泛應用于研究生物功能以及調控生命過程等方面。其中，光源波長與反應基團直接相關。以鄰硝基芐基為例，常用于紫外光脫除基團。然而，由于紫外光的細胞毒性等問題，研究人員開始尋找可見光響應的反應基團，如Bodipy、花青素等，這些方法在生命系統中顯示出很好的應用前景，特別是在前藥激活方面。然而，可見光穿透組織受到生物成分(如皮膚、脂肪和血紅蛋白)強烈散射的阻礙，導致活體動物體內的遙控光控激活一直是一個巨大的挑戰。

近紅外光在光療窗口內（700 – 1000 nm）的波長具有良好的組織穿透性和生物相容性，因此被認為是遙控動物體內化學反應的理想光源。然而，由于能量較弱，近紅外光難以直接觸發化學反應，這也是目前需要解決的技術難題之一。近日，西華大學錢珊教授聯合北京大學陳鵬/樊新元課題組利用光催化反應的優勢，借助近紅外光敏劑作為光能中繼站，開發了鋨配合物作為催化劑，740nm近紅外光觸發苯硼酸轉化為苯酚的近紅外生物正交光催化反應（CAT-NIR技術）。 該技術使用外部近紅外光來觸發活小鼠的衰老反應。通過Os配合物催化作用，在近紅外光的作用下通過超氧化物的生成來促進順波羥基化反應，從而導致苯酚基團的脫保護和生物活性分子的釋放，實現了使用體外的近紅外光無損、遙控的控制小鼠體內生物活性分子的可控激活。

該研究中，作者從光催化芳基硼酸氧化羥基化反應出發，在生物兼容的反應條件下，通過對光催化劑、添加劑、反應條件等進行系統的篩選和優化，以及對催化劑毒性、膜透性、胞內催化活性等一系列評估和考察，最終篩選出鋨(II)三聯吡啶配合物為最優催化劑，實現了生命環境中近紅外光催化的硼酸高效脫除釋放酚羥基的反應。隨后的機理研究揭示了該光催化反應的可能途徑：近紅外光激發的鋨催化劑被電子供體還原，隨后經由單電子轉移過程將分子氧活化為超氧化物，進而驅動芳基硼酸氧化羥基化反應，釋放酚羥基的活性基團。

接下來，作者借助該反應成功在活細胞體系實現了近紅外光觸發的熒光分子和前藥分子的可控激活，展現出良好的生物相容性。為了將該反應進一步拓展至生物大分子，作者將其與遺傳密碼子拓展技術相結合，通過可控激活硼酸保護的蛋白質，實現了活細胞表面蛋白-蛋白相互作用的調節和細胞的選擇性標記。

最后，借助近紅外光優異的組織穿透能力和反應的生物相容性，作者成功在荷瘤小鼠模型中遠程可控地激活了前藥分子，實現了利用體外的近紅外光遙控激活活體動物體內的活性分子。

綜上，該工作借助光催化策略，開發了近紅外光觸發的生物正交光催化反應，并應用于活細胞中熒光分子、前藥和蛋白質等功能分子的可控激活。更為重要的是，得益于近紅外光的組織穿透能力，實現了活體動物體內功能分子的遙控激活。

該工作以“Near Infrared Light-Triggered Photocatalytic Decaging for Remote-Controlled Spatiotemporal Activation in Living Mice”為題發表在化學類頂級刊物《Angew. Chem. Int. Ed.》上（Angew. Chem. Int. Ed.2023, e202310920）。論文的第一作者是北京大學2020級博士生梁軒和西華大學錢珊教授，通訊作者是北京大學化學與分子工程學院陳鵬教授和樊新元副研究員。該研究得到國家自然科學基金等項目的支持。

作者簡介：

錢珊，博士，教授（三級），碩士生導師，四川省學術與技術帶頭人后備人選，四川省杰出青年基金獲得者；任四川省藥學會藥物化學專委會委員，四川省小分子靶向診療藥物工程技術中心副主任。四川大學華西藥學院藥物化學博士，北京大學訪問學者。先后獲西華大學首屆青年學者、西華學者、唐立新優秀學者、優秀科技工作者、瀘州校友會優秀青年教師獎勵基金。從事新型靶向診療藥物候選分子發現和作用機理研究，擅長藥物化學、化學生物學、有機合成方法學等技術在藥物研究中的應用。主持和參加過20余項國家級和省部級科研項目，其中主持國家自然科學基金2項、教育部“春暉計劃”2項、四川省杰出青年科技人才項目、多項企業合作研發項目等；發表SCI論文50余篇，其中作為第一或通訊作者在J. Med. Chem.、Eur. Med. Chem.等期刊發表SCI論文30余篇，授權發明專利10余項。