脂化硝基苯并硒二唑的程序化聚集：一种可光激活的细胞焦亡诱导剂

本文创新性地设计了一种基于硝基苯并硒二唑（NBSD）骨架的脂化光敏剂，通过调控烷基链长度（C1/C3/C8）实现程序化聚集，显著增强光动力疗法（PDT）效果。研究证实NBSD-NOc（C8）在聚集态仍保持高效活性氧（ROS）生成能力，并通过激活NLRP3/caspase-1/GSDMD通路诱导细胞焦亡（pyroptosis），其植入型水凝胶在弱酸性肿瘤微环境（TME）中可控释放，为术后防复发提供新策略。

　　

研究背景与意义

光动力疗法（PDT）在肿瘤治疗中面临光敏剂（PS）聚集导致活性氧（ROS）生成效率降低的核心挑战。传统光敏剂如卟啉类在生物溶液中易发生聚集诱导淬灭（AIQ），而H型或J型聚集模式直接影响电荷转移效率。硝基苯并硒二唑（NBSD）骨架因其推-拉电子特性（NO₂为受体，胺基为供体）成为新型PS候选，但如何通过分子设计克服聚集态失活仍是关键科学问题。

分子设计与聚集调控

研究团队通过三步合成法构建了不同烷基链长度（甲基/丙基/辛基）的NBSD衍生物：NBSD-NM（C1）、NBSD-NP（C3）和NBSD-NOc（C8）。单晶X射线衍射（SC-XRD）揭示三者呈现截然不同的聚集模式：NBSD-NM形成环状库仑耦合J聚集体（π-π距离3.401 ?），NBSD-NP为电荷转移介导的J聚集体（滑移角58.4°），而NBSD-NOc则呈现滑移H聚集体（滑移角86.3°，π-π距离3.413 ?）。动态光散射（DLS）证实辛基链使NBSD-NOc在90%水溶液中仍保持稳定粒径（414.3 nm，PDI=0.46）。

聚集依赖的光物理特性

在丙酮/水二元体系中，NBSD-NOc展现出独特的"聚集增强效应"：

• 吸收光谱：500 nm处吸收强度降低但无位移，350 nm处吸收分裂消失，表明长烷基链减弱了激子相互作用

• 荧光行为：在50%水含量时红移至609 nm，90%时蓝移至582 nm，符合H聚集体特征

• ROS生成：在聚集态下仍保持¹O₂生成效率（DPBF检测显示6分钟内降解率达80%），显著优于NBSD-NM/NP的聚集态淬灭现象

细胞焦亡诱导机制

在12种癌细胞系（特别是结肠癌CT26）中，NBSD-NOc展现亚微摩尔级光毒性（IC₅₀=0.21-0.73 μM）。机制研究揭示：

1. 亚细胞定位：辛基链使NBSD-NOc特异性富集于线粒体（共定位率＞90%），触发线粒体ROS爆发

2. 炎症小体激活：通过免疫荧光观察到NBSD-NOc处理组NLRP3-ASC斑点数量达63.0±6.1/视野（对照组仅2.0±2.0）

3. 焦亡执行：Western blot显示GSDMD-NT片段表达增加8倍，caspase-1活化及IL-1β分泌显著升高（p<0.001）

4. 免疫激活：条件培养基可诱导巨噬细胞M1型极化（CD86⁺细胞比例提升3.2倍）

植入型水凝胶应用

针对结肠癌术后复发难题（复发率20-50%），研究开发了pH响应性琼脂糖水凝胶：

• 释放特性：在pH 6.0时释放速率比pH 7.4快2.3倍，匹配肿瘤微环境酸化特征

• 体内疗效：CT26移植瘤切除后，NBSD-NOc凝胶+光照组21天无复发（对照组肿瘤体积达512 mm³）

• 安全性：急毒实验显示血浆蛋白结合率＜5%，且无肝肾功能指标异常

研究价值与展望

该工作首次将脂化诱导的程序化聚集与焦亡疗法相结合，突破传统PDT的聚集失活限制。NBSD-NOc的滑移H聚集体构型为设计"聚集增强型"光敏剂提供新范式，其植入式给药系统为实体瘤术后治疗开辟精准干预路径。未来研究可拓展至其他硒杂环骨架及局部光照系统的临床转化。