肝癌靶向诊疗新策略：基于理性分子工程设计的超亮NIR-II纳米荧光探针协同增强化学动力学-温和光热治疗

本研究针对肝细胞癌（HCC）NIR-II光诊疗中存在的光热转换效率（PCE）低、量子产率不足及正常组织非特异性摄取等关键问题，通过分子工程系统优化设计出IR-FDHT分子，并构建FDHT-SP94-Fc纳米系统。该研究实现了52.5%的高PCE和增强的化学动力学治疗（ECDT），结合SP94靶向肽介导的精准递送，在体内外均展现出卓越的肿瘤成像对比度和协同治疗效果，为HCC的精准诊疗提供了新范式。

　　

肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）是全球范围内最常见且最具致命性的癌症之一，其发病率持续上升，而现有治疗手段的预后效果仍不理想。近红外二区（NIR-II, 1000-1700 nm）光学诊疗策略为HCC的无创诊断和治疗提供了巨大潜力，但该技术面临两大核心挑战：一是现有光诊疗探针的光热转换效率（Photothermal Conversion Efficiency, PCE）有限，需要高温（>50°C）热疗，易导致健康肝组织灼伤风险；二是其低量子产率导致治疗定位不精确，且外源性纳米颗粒被正常肝组织非特异性摄取，严重影响了NIR-II光诊疗的选择性、安全性和有效性。

针对这些挑战，研究团队通过分子工程系统优化了三种D-A-D（给体-受体-给体）结构有机分子（IR-FDBT、IR-FDA、IR-FDHT），最终优选出IR-FDHT分子。该分子采用噻吩并噻吩功能化烷基链，有效缓解了水介质中的聚集导致淬灭（Aggregation-Caused Quenching, ACQ）效应，并利用S···N/S···O分子内非共价构象锁（Conformational Locks）增强π共轭和分子平面性，产生显著红移并获得高达52.5%的PCE。研究人员进一步将优化后的IR-FDHT与靶向肽SP94-PEG-Fc自组装形成FDHT-SP94-Fc纳米颗粒（NPs）。其中，SP94肽可特异性识别HCC细胞表面过表达的葡萄糖调节蛋白78（GRP78），实现肿瘤主动靶向；而引入的二茂铁（Fc）单元则赋予纳米系统化学动力学治疗（Chemodynamic Therapy, CDT）能力，通过芬顿反应产生活性氧（ROS）并诱导铁死亡（Ferroptosis）。在NIR-II激光照射下，该系统可实现温和高温光热治疗（Hypothermal Photothermal Therapy, HPTT），并与增强的CDT产生协同抗肿瘤效应。

本研究主要采用了以下关键技术方法：通过密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟分析分子构象、电子结构和聚集行为；构建荷HCC原位肿瘤小鼠模型进行体内评价；利用NIR-II荧光成像系统（808 nm激发，1000/1300 nm长通滤光片）评估探针的成像性能；采用免疫荧光、活死染色及线粒体膜电位检测（JC-1）等技术分析细胞水平治疗机制与效果。

分子设计、合成与理论计算表明，IR-FDHT分子中同时存在的S···N（2.90-2.97 ?）和S···O（3.013-3.015 ?）构象锁有效增强了分子平面性和刚性，其HOMO-LUMO能隙为1.56 eV。分子动力学模拟显示，IR-FDHT具有更高的扩散系数（1.035×10^-5 cm²/s），表明烷基链的引入促进了分子分散，减少聚集。光物理性质表征显示，IR-FDHT在甲苯中的最大吸收和发射波长分别为758 nm和1005 nm，量子产率达32.1%；其纳米颗粒在水中的量子产率仍保持17.6%，显著高于IR-FDBT NPs（0.4%），证实了其抗ACQ特性。PCE测定结果显示，FDHT NPs的PCE为52.5%，显著高于FDA NPs（35.6%），证实构象锁对提升光热性能的关键作用。

细胞内光治疗效果评价显示，FDHT-SP94-Fc NPs在HepG-2细胞中的摄取效率是非靶向NPs的5倍，表明SP94肽介导了高效靶向。激光照射后，该组细胞内羟基自由基（·OH）生成显著增强，而GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）表达下调，表明铁死亡通路被激活。活死染色结果显示，FDHT-SP94-Fc NPs + L（激光）组细胞死亡率高达93.15%，并伴随明显的线粒体膜电位下降，证明其可通过多种机制诱导细胞死亡。

体内NIR-II荧光成像证实，FDHT-SP94-Fc NPs在1300 nm波段成像时，信背比（SBR）高达15.27，空间分辨率显著提升（FWHM=312/350 μm），能清晰分辨相邻1 mm的血管。在荷HCC原位瘤小鼠模型中，NPs在肿瘤处特异性积累，肿瘤/正常组织（T/N）比值达3.4。药代动力学显示其血液半衰期约2.24小时，主要通过粪便排泄（54.92%，48小时）。

体内抗肿瘤疗效研究表明，FDHT-SP94-Fc NPs + L治疗组肿瘤抑制率达96.1%，小鼠存活率100%。治疗组肿瘤表面温度可达43.9°C，实现有效的温和热疗。组织学分析显示，该组肿瘤细胞凋亡显著，Ki-67增殖指数下降，cleaved caspase-3表达上调，GPX4下调，再次验证了铁死亡参与治疗过程。重要器官H&E染色及血清生化分析表明，NPs具有良好的生物相容性，未引发系统性毒性。

该研究通过理性分子设计成功构建了兼具高亮度、高PCE和精准靶向功能的NIR-II纳米诊疗平台FDHT-SP94-Fc NPs。其创新性地将S···N/S···O构象锁与烷基链修饰相结合，同步解决了ACQ和PCE提升的难题；同时整合SP94靶向策略和Fc介导的CDT效应，实现了HCC的精准成像与协同治疗（HPTT/ECDT）。该工作不仅为HCC的光学诊疗提供了高效、安全的候选方案，也为NIR-II分子探针的理性设计提供了重要理论依据和技术范式，具有显著的临床转化潜力。研究成果发表于《Materials Today Bio》，展现了材料科学与肿瘤诊疗交叉融合的最新进展。