气体信号分子 (Gaseous signaling molecule，GSM)，如一氧化氮 (NO)、一氧化碳 (CO)和硫化氢 (H2S) 等不仅在许多生理和病理过程中发挥关键调节作用，而且对多种疾病具有独特的治疗效果。为了克服气体储存不便、实现局部可控递送和降低其系统毒性，研究人员发展了多种GSM供体分子，它们在治疗癌症、类风湿性关节炎等多种疾病表现出良好的应用前景。虽然在GSM可控递送及其生物应用方面已有众多进展，但如何实现两种或以上GSM的同步递送和其治疗功能的协同却研究甚少。众所周知，在真实的生理/病理环境下多种GSM共存且相互影响，而单独递送一种GSM与真实生理/病理环境相去甚远。为了进一步理解生理/病理环境下多种GSM相互作用和影响机制，非常有必要发展新型的GSM供体以实现多种GSM的协同递送，这也将有助于发展基于GSM的新型生物功能材料。

中国科学技术大学化学与材料科学学院胡进明课题组致力于GSM生物功能材料研究，他们发展了多种GSM递送载体并探索了其在抗炎、抗菌等方面的潜在应用 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21864-21869; 2021, 60, 13513-13520; 2021, 60 20452-20460)。近日，胡进明教授和刘世勇教授等合作报道了一种能够在可见光辐照下同时释放两种GSM的供体分子。通过将NO释放基元 (N-亚硝胺衍生物) 共价键合到CO释放基元 (3-羟基黄酮衍生物) 上，所获得新型NO/CO供体分子不仅不影响3-羟基黄酮本身释放CO的能力，同时3-羟基黄酮可以作为光吸收的天线。在单一波长可见光下辐照下同时活化3-羟基黄酮和N-亚硝胺基元，实现NO和CO的协同释放。

研究人员证明了NO/CO共同释放的胶束对革兰氏阳性菌 (如金黄色葡萄球菌) 具有选择性相互作用和协同杀菌能力，其性能远优于单独释放NO或CO的胶束。NO/CO的联合指数 (combination index; CI) 高达0.053 (当CI < 0.3时通常被认为是强协同作用)。抗菌机理研究发现：NO/CO的协同作用具有独特的杀菌机制，其联合使用促进细菌膜的超极化和增加膜渗透性，然而传统的阳离子抗菌高分子主要通过去极化过程破坏细胞膜杀菌。在MRSA感染的皮肤伤口模型中，NO/CO联合用药不仅可以根除细菌病原体，还可以加速伤口愈合，其治疗效果优于万古霉素。这项工作成功实现了单一供体分子同时递送两种GSM，为探索多种GSM的协同作用提供了新思路。

论文信息：

Orchestrating Nitric Oxide and Carbon Monoxide Signaling Molecules for Synergistic Treatment of MRSA Infections

Lei Gao, Jian Cheng, Zhiqiang Shen, Guoying Zhang, Shiyong Liu,* and Jinming Hu*

文章的第一作者是中国科学技术大学化学与材料科学学院高分子科学工程系博士研究生高磊。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202112782