EWG（电子给体-空穴传递基团）与锚定基团的协同修饰：提升不对称方酸染料的光电和光催化性能

光动力疗法与一氧化氮疗法的协同作用，通过设计含硝基的I型光敏剂PTQI-NO实现光控释放NO并生成活性氧物种，其在肿瘤细胞线粒体富集，对MCF-7和HepG2细胞IC50值分别为1.78、1.95 μM，斑马鱼模型验证体内NO动态监测能力。

　　

赵刘|费玉成|张轩轩|史佳颖|莫春伟|侯先村|卢莉|黄同辉

徐州医科大学附属医院核医学系，中国徐州221002

摘要

将I型光动力疗法（PDT）与一氧化氮（NO）疗法结合使用，正成为一种具有协同/增强抗癌疗效的策略。本文描述了一种单分子硝基-光敏剂结合物PTQI-NO的设计与合成，该结合物将NO供体与I型光敏剂结合，并表现出橙红色荧光。这种光控结合物PTQI-NO不仅能够释放NO并生成超氧阴离子（•O₂^?），还能在光照下产生高活性的过氧亚硝酸盐（ONOO^?）。PTQI-NO在肿瘤细胞中优先积累，并对MCF-7和HepG2细胞系表现出光依赖性细胞毒性，IC??值分别为1.78?μM和1.95?μM。此外，在斑马鱼身上进行的成像实验表明，PTQI-NO能够实现体内NO释放的动态自我监测。这项工作为通过靶向肿瘤细胞线粒体来实现I型PDT和NO疗法的联合抗肿瘤效果提供了一个有价值的范例。

引言

光动力疗法（PDT）是一种有前景的治疗方式，具有侵入性小、肿瘤选择性高和副作用低的临床优势[1]、[2]。PDT利用光敏剂引发一系列光化学反应，生成高细胞毒性的活性氧（ROS）[3]、[4]。根据ROS生成的光反应机制，PDT通常分为两种类型：I型和II型[5]、[6]。大多数开发的光敏剂（例如Photofrin、Temoporfin）被归类为II型光敏剂，它们严重依赖组织中的氧气含量[7]、[8]。而II型光敏剂的PDT效率往往受到缺氧肿瘤环境的制约[9]、[10]。与II型PDT相比，I型PDT对氧气的依赖性较低，使其更适合用于缺氧肿瘤组织[11]、[12]。

作为生物体内的关键效应分子，一氧化氮（NO）参与多种生理和病理过程[13]、[14]。虽然低水平的NO可以促进肿瘤进展和治疗抵抗[15]、[16]，但高浓度的NO具有细胞毒性抗肿瘤作用[17]。这种二元性对基于NO的疗法提出了挑战，因为在体内实现局部细胞毒性水平常常受到NO释放不受控制、高反应性以及由此产生的非特异性活性的影响[18]、[19]。将NO供体与其他抗癌药物（如PDT中使用的光敏剂，尤其是I型PDT）结合/共轭，已成为癌症治疗的有效策略[20]、[21]。例如，NO可以通过敏化PDT耐药的癌细胞来增强PDT的效果[22]、[23]。此外，NO可以与O₂^•?（I型ROS）反应，生成具有高度侵袭性的ONOO^?并损害相邻的生物分子[24]、[25]。与PDT中产生的ROS类似，ONOO^?具有高毒性，但寿命短且扩散半径有限[26]、[27]。因此，治疗剂能够选择性靶向关键亚细胞器是其疗效的关键前提[28]、[29]。线粒体是负责能量转换的主要细胞器，参与多种细胞过程，包括信号传递[30]、细胞分化[31]、细胞凋亡[32]、细胞增殖[33]和细胞周期[34]。此外，肿瘤细胞的线粒体膜电位比正常细胞更负，这为开发靶向线粒体的药物提供了机会[35]、[36]。因此，探索一种能够在线粒体内时空释放NO并生成ROS的NO杂化物可能是增强和/或协同抗肿瘤效果的有效方法。

在这项工作中，我们提出了一种光触发策略，将NO释放、I型PDT和线粒体靶向能力整合到一种单分子杂化物中。这种硝基-光敏剂结合物能够实现NO释放的自我监测，并被设计用于提高抗癌效果。这种硝基-光敏剂杂化物PTQI-NO发出红色荧光，并以光依赖的方式控制NO的释放。除了作为具有线粒体靶向能力的NO供体外，多功能的硝基-光敏剂杂化物PTQI-NO还充当光敏剂前体，因为它可以通过光照转化为I型光敏剂PTQI。受激发光敏剂产生的•O₂^?与释放的NO发生级联反应，生成高毒性的ONOO^?（图1）。这种性能良好的杂化物PTQI-NO可用于监测活体癌细胞和斑马鱼中的NO释放，并具有荧光开关功能。这种硝基-光敏剂还有效用于细胞水平的PDT和NO双管齐下的抗癌治疗。因此，本研究通过分子整合NO供体和I型光敏剂，提出了一种有前景的联合抗癌疗法方法。

化合物PTQI-NO的合成

在5?mL无水二氯甲烷中加入121.0?mg（0.25?mmol）的PTQI化合物，然后在0?°C下加入0.5?mL冰醋酸，搅拌15?分钟。接着加入64.0?mg（0.5?mmol）亚硝酸钠，继续在0?°C下搅拌。6?小时后，用清水淬灭反应混合物，用饱和碳酸氢钠溶液调节pH至中性，再用清水萃取。反应产物随后用二氯甲烷萃取

PTQI-NO的设计与合成

通过将硝基团与具有供体-π桥-受体结构的光敏剂结合，实现PDT和NO疗法的协同抗癌效果（图1）。在这种单分子杂化结构中，硝基团作为NO供体，通过一个可光裂解的NN键与光敏剂连接。在光敏剂的结构中，选择喹啉醌部分作为电子受体

结论

总之，通过将一氧化氮供体与I型光敏剂有效结合，开发出了一种单分子光激活硝基-光敏剂杂化物PTQI-NO，以实现协同抗肿瘤效果。除了作为一氧化氮供体外，PTQI-NO杂化物还充当I型前光敏剂，因为它可以在光的作用下引发多种光化学反应，生成活性O/N物种，包括NO、•O₂^?和ONOO^?

CRediT作者贡献声明

赵刘：撰写 – 原始草稿、可视化、实验研究。费玉成：验证、资源获取、方法学、数据分析。张轩轩：实验研究、数据管理。史佳颖：验证、资金获取、数据分析。莫春伟：验证、资源获取、数据管理。侯先村：监督、资金获取、概念构思。卢莉：验证、资金获取、监督。黄同辉：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念构思。

资助

本研究得到了江苏省自然科学基金（BK20231165）、徐州市科技创新专项资金（KC23324）以及江苏省新药研究与临床药学重点实验室（YXJL20240201）的资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。