鳥類等動物遷徙時的“磁感羅盤”為研究化學反應中磁場效應提供了契機。自由基對（RP）機理認為，磁場通過影響RP中間體的自旋多重度，改變反應動力學及産率。然而，将化學反應的磁場效應移植到生物體系仍然具有挑戰性。其中的主要障礙之一是生物體系環境複雜，包含的各類順磁性金屬離子及自由基物種都可能造成幹擾，降低實驗準确性與可重複性。

　　beat365官方网站張俊龍課題組和高松課題組在NationalScienceReview雜志發表了題為“Magnetic manipulation of the reactivity of singlet oxygen: from test tubes to living cells”的研究論文，以基态氧分子-單線态氧-超氧陰離子及其相互轉變這一包含豐富電子自旋變化的“氧三角”為研究對象，通過單線态氧反應活性的磁場效應，自下而上地實現了活細胞中氧化還原水平的調節。該工作從光敏化産生的單線态氧與富電子底物碘離子、蒽類化合物的反應開始，發現反應速率在0-800 mT的磁場範圍内呈現“降低-提高-降低”的磁場依賴性，可由RP機理中低場效應/能級交錯-超精細耦合-Δg機理解釋。

　　圖1.a）“氧三角”與磁場調節單線态氧反應活性的自由基對機制；b) 自由基對自旋能級的塞曼分裂

　　他們選擇脂質（膽固醇、油酸、亞油酸三種分子為例）作為底物，考察了單線态氧在溶液體系中對不同外磁場強度下的氧化能力。利用C11-BODIPY581/591作為脂質過氧化熒光探針，分别在乙醇溶液、細胞膜模拟物（巨型單層囊泡）和活細胞中測試脂質過氧化的磁場效應，發現其變化依然呈現“降低-提高-降低”的趨勢。進一步利用氧化脂質組學對細胞内脂質氧化水平進行定量研究，發現脂質的整體氧化水平在低（15 mT）、高（800 mT）磁場下降低，而在250 mT時提高。反應的磁場依賴性在細胞與溶液中相似，表明磁場能通過單線态氧反應性影響細胞活動。

　　由于單線态氧是産生細胞毒性的重要氧化物種之一，該工作研究了單線态氧誘導的細胞毒性的磁場響應性。結果表明，多種細胞系中，單線态氧誘導的細胞毒性都在0-800 mT範圍内顯示出磁場依賴性。為了深入理解磁場對單線态氧反應性的調節，考察了磁場下活體腫瘤的光動力治療，通過小鼠皮下腫瘤模型，發現中等強度磁場（250 mT）能有效協同促進光動力治療。

　　圖2. a）1O2與I−的反應機理，産生RP中間體[I˙O2˙-]，并在反應速率上産生磁場效應; b) 磁場協同促進活體抑瘤光動力治療。

　　綜上，這一工作将具有顯著磁場效應的非天然化學反應移植到生物體系中，“自下而上”地實現了生命過程的磁場調控，展示了磁場作非侵入性新策略在生物醫學中的應用潛力。文章發表在《國家科學評論》2024年第9期的“自旋化學”專題（Natl Sci Rev 2024, 11(9): nwae069），并被選為當期封面。美國科學院院士，中國科學院外籍院士Jonathan L. Sessler教授以“Achieving magnetic control of cellular events by introducing non-native radical pair formation”為題撰寫研究熱點介紹該工作。

　　張俊龍課題組博士後楊字舒為該論文第一作者，高松教授和張俊龍教授為該論文通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金委重點項目和北京分子科學國家研究中心創新研究項目的大力支持。

　　論文鍊接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae069