综述：基于环糊精的轮烷作为生物和医学应用的通用平台

这篇综述系统阐述了环糊精基轮烷（CD-rotaxanes）作为机械互锁分子（MIMs）在生物医学领域的突破性应用。作者从分子设计、动态响应性（如pH/酶触发）到靶向递送（如抗癌药物）、诊疗一体化（theranostics）、酶抑制及生物成像（如MRI造影剂）展开分析，强调其通过主客体相互作用和机械键实现的高稳定性、可控释放及多功能集成特性，为下一代治疗平台开发提供新范式。

　　

CD宏环分子

环糊精（CD）是由α-1,4-糖苷键连接的环状寡糖，其疏水内腔可包合客体分子形成主客体复合物。常见α-CD（6葡萄糖单元）、β-CD（7单元）和γ-CD（8单元）的腔径深度约8 ?，直径5-9 ?（α<β<γ）。CD的亲水外壳与生物相容性使其成为理想的轮烷骨架，而全甲基化修饰可提升有机溶剂溶解性，突破传统水相合成限制。

CD基轮烷的构建

Ogino开创性利用二氨基十二烷与α/β-CD模板法合成首例CD轮烷。通过轴分子末端引入大位阻基团（如钴配合物）封端，可稳定[2]轮烷结构。这种机械键特性赋予分子三重优势：空间定向多功能集成、刺激响应构象变化（如pH/光异构化）、以及敏感基团（如药物）的封装保护。

靶向药物递送应用

酸性响应性甲基化β-CD聚轮烷通过溶酶体触发释放，特异性诱导内质网应激和自噬性细胞死亡，为凋亡抵抗型肿瘤提供新策略。另一项研究中，α-CD轮烷作为介孔二氧化硅纳米粒（MSNP）的“分子阀门”，通过NAD(P)H:醌氧化还原酶1（NQO1）触发阿霉素释放，实现肿瘤靶向递送。光控轮烷则利用偶氮苯顺反异构驱动α-CD往复运动，实现斑马鱼模型中的按需释放。

诊疗一体化平台

β-CD-NH₂聚轮烷通过二硫键交联形成核壳纳米粒，同步负载紫杉醇（化疗）和苝二酰亚胺（光热剂）。该体系在肿瘤高谷胱甘肽环境中解体释放药物，联合近红外光照射使荷瘤小鼠存活率达100%。双模态成像方面，钆（Gd³⁺）-DO3A功能化β-CD聚轮烷通过限制分子旋转提升弛豫率，而荧光-放射性同位素（如⁸⁹Zr）标记轮烷实现了HER2/neu肿瘤的特异性示踪。

酶抑制与生物转运

Yui团队开创性将缬氨酰赖氨酸修饰的α-CD聚轮烷用于人肽转运蛋白（hPEPT1）抑制，证实多价移动配体比单体抑制效率提升显著。阳离子化聚轮烷还可压缩DNA形成稳定多聚体，通过内体逃逸机制实现基因转染，其转染效率与CD数量和氨基密度呈非线性相关。

挑战与展望

尽管CD轮烷在规模化合成（需流动化学优化）、体内代谢（如免疫原性）和监管路径方面存在挑战，但简单[2]轮烷因更优药代动力学成为临床转化优选。未来需开发高效模板合成法，探索CD尺寸效应（如δ-CD超大腔体），并设计新型刺激响应性CD（如氧化还原敏感型）以拓展生物应用边界。