鸟类等动物迁徙时的“磁感罗盘”为研究化学反应中磁场效应提供了契机。自由基对（RP）机理认为，磁场通过影响RP中间体的自旋多重度，改变反应动力学及产率。然而，将化学反应的磁场效应移植到生物体系仍然具有挑战性。其中的主要障碍之一是生物体系环境复杂，包含的各类顺磁性金属离子及自由基物种都可能造成干扰，降低实验准确性与可重复性。

　　77779193永利集团张俊龙课题组和高松课题组在NationalScienceReview杂志发表了题为“Magnetic manipulation of the reactivity of singlet oxygen: from test tubes to living cells”的研究论文，以基态氧分子-单线态氧-超氧阴离子及其相互转变这一包含丰富电子自旋变化的“氧三角”为研究对象，通过单线态氧反应活性的磁场效应，自下而上地实现了活细胞中氧化还原水平的调节。该工作从光敏化产生的单线态氧与富电子底物碘离子、蒽类化合物的反应开始，发现反应速率在0-800 mT的磁场范围内呈现“降低-提高-降低”的磁场依赖性，可由RP机理中低场效应/能级交错-超精细耦合-Δg机理解释。

　　图1.a）“氧三角”与磁场调节单线态氧反应活性的自由基对机制；b) 自由基对自旋能级的塞曼分裂

　　他们选择脂质（胆固醇、油酸、亚油酸三种分子为例）作为底物，考察了单线态氧在溶液体系中对不同外磁场强度下的氧化能力。利用C11-BODIPY581/591作为脂质过氧化荧光探针，分别在乙醇溶液、细胞膜模拟物（巨型单层囊泡）和活细胞中测试脂质过氧化的磁场效应，发现其变化依然呈现“降低-提高-降低”的趋势。进一步利用氧化脂质组学对细胞内脂质氧化水平进行定量研究，发现脂质的整体氧化水平在低（15 mT）、高（800 mT）磁场下降低，而在250 mT时提高。反应的磁场依赖性在细胞与溶液中相似，表明磁场能通过单线态氧反应性影响细胞活动。

　　由于单线态氧是产生细胞毒性的重要氧化物种之一，该工作研究了单线态氧诱导的细胞毒性的磁场响应性。结果表明，多种细胞系中，单线态氧诱导的细胞毒性都在0-800 mT范围内显示出磁场依赖性。为了深入理解磁场对单线态氧反应性的调节，考察了磁场下活体肿瘤的光动力治疗，通过小鼠皮下肿瘤模型，发现中等强度磁场（250 mT）能有效协同促进光动力治疗。

　　图2. a）1O2与I−的反应机理，产生RP中间体[I˙O2˙-]，并在反应速率上产生磁场效应; b) 磁场协同促进活体抑瘤光动力治疗。

　　综上，这一工作将具有显著磁场效应的非天然化学反应移植到生物体系中，“自下而上”地实现了生命过程的磁场调控，展示了磁场作非侵入性新策略在生物医学中的应用潜力。文章发表在《国家科学评论》2024年第9期的“自旋化学”专题（Natl Sci Rev 2024, 11(9): nwae069），并被选为当期封面。美国科学院院士，中国科学院外籍院士Jonathan L. Sessler教授以“Achieving magnetic control of cellular events by introducing non-native radical pair formation”为题撰写研究热点介绍该工作。

　　张俊龙课题组博士后杨字舒为该论文第一作者，高松教授和张俊龙教授为该论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委重点项目和北京分子科学国家研究中心创新研究项目的大力支持。

　　论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae069