《Nanoscale Advances》：Simultaneous activation and release of a microtubule inhibitor from amphiphilic polymeric nanoparticlesOpen Access
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光寻址药物递送系统为实现治疗活性的时空控制并最小化脱靶效应提供了机会。本研究报道了一种光笼化photostatin（proPST-1）的设计、合成与评价，其中photostatin-1（PST-1）的酚羟基被邻硝基苄基（ONB）光笼掩蔽。该策略将偶氮苯单元的可
光寻址药物递送系统为实现治疗活性的时空控制并最小化脱靶效应提供了机会。本研究报道了一种光笼化photostatin（proPST-1）的设计、合成与评价，其中photostatin-1（PST-1）的酚羟基被邻硝基苄基（ONB）光笼掩蔽。该策略将偶氮苯单元的可逆光开关与ONB基团的不可逆光解相结合，从而释放出具有活性的PST-1。分子对接研究表明，与PST-1相比，proPST-1因体积较大的ONB基团而导致预测的微管蛋白相容性降低，从而抑制了暗态活性并实现了光学开启式切换。将proPST-1封装于由两亲性聚合物形成的聚合物纳米粒子（PNs）中，可获得水溶性纳米载体，且对proPST-1具有高封装效率（约95%）。在365 nm照射下，光解释放出具有活性的顺式PST-1（cis-PST-1），削弱了疏水分配并促进其从纳米粒子核心释放。体外微管蛋白聚合实验证实了显著的光依赖性抑制，而细胞毒性实验则验证了仅在照射后出现浓度依赖性活性。该概念验证研究为将光笼化与光开关整合于纳米载体中，以实现双重激活与触发释放提供了蓝图。
**论文解读：光响应聚合物纳米粒子实现微管抑制剂的光控激活与释放**
**1. 研究背景与问题**
聚合物纳米粒子（PNs）因其表面化学、组成、尺寸和形状可精确调控，成为极具吸引力的药物载体。其中，单链聚合物纳米粒子（SCPNs）通过两亲性杂接枝聚合物链在水介质中的分子内塌缩形成，具有稀释稳定性高、结构完整等优点，在药物递送和生物正交催化等领域受到广泛关注。然而，与多链纳米载体相比，SCPNs的外部可控货物释放技术仍发展不足。光作为外源性刺激，具有高时空精度、波长可调和与内源生化途径正交等独特优势，但现有光响应策略主要分为光开关和光笼化两类，各有局限：光开关药物常因非活性异构体无法完全转化而残留暗态活性；光笼化策略虽可彻底抑制暗态活性，却难以同时实现可控释放。微管抑制剂Photostatin-1（PST-1）作为combretastatin A-4（CA-4）的偶氮苯类似物，虽能通过顺反异构可逆调控微管动力学，但仍受不完全光开关导致的暗态活性限制。此外，PST-1及其前药水溶性差，阻碍了其生物医学应用。因此，亟需建立一种将明确物理化学触发与载体力学和 therapeutic功能可测变化耦联的通用设计范式，以实现精准光控药物递送。
**2. 研究内容与结论**
研究人员提出将光笼化化学与SCPN封装相结合的策略，以同时实现微管抑制剂的光控激活与释放。研究人员设计了光笼化前药proPST-1，在PST-1的酚羟基上安装邻硝基苄基（ONB）光笼，使该前药在暗态下无活性且高度疏水，可高效封装于两亲性聚合物纳米粒子核心。365 nm照射时，ONB基团发生不可逆光解，释放出活性顺式PST-1，同时光致异构化产生的极性变化削弱了疏水分配，促进药物从纳米粒子中释放。该设计使光同时充当激活触发器和分子开关，将光化学与载体力学直接耦联。研究结果表明，proPST-1在暗态下稳定且无生物活性，封装后形成的纳米载体具有高封装效率（约95%）和良好稳定性；光照后，药物释放显著增强，并在无细胞微管蛋白聚合实验和活细胞毒性实验中均表现出明显的光依赖性抑制效果。这一概念验证研究为整合光笼化与光开关于纳米载体中实现双重激活与触发释放提供了蓝图。
**3. 关键技术方法**
研究人员主要采用了以下关键技术方法：（1）分子对接模拟：使用AutoDock Vina和AutoDock 4.2对cis-PST-1、trans-PST-1、cis-proPST-1和trans-proPST-1与微管蛋白秋水仙碱结合口袋（PDB ID: 5LYJ）进行对接，评估ONB笼化对结合亲和力和构象的影响；（2）有机合成与表征：通过SN2醚化反应合成proPST-1，利用NMR、MALDI-ToF-MS和LCMS确认结构；（3）光物理与光化学表征：UV-Vis光谱监测PST-1的可逆光开关行为，LC-MS和1H-NMR验证proPST-1的光解过程；（4）纳米粒子制备与表征：将两亲性杂接枝聚合物（疏水十二烷基和亲水Jeffamine M-1000接枝）与proPST-1共组装形成聚合物纳米粒子，采用动态光散射（DLS）测定粒径，透析法评估释放曲线；（5）生物学评价：微管蛋白聚合动力学实验（340 nm吸光度）和荧光微管成像评估微管抑制，CCK-8实验检测HeLa和SH-SY5Y细胞活力。
**4. 研究结果**
**分子对接预测**：cis-PST-1与cis-CA-4在秋水仙碱位点具有相近的有利对接分数（分别为?7.9和?8.0 kcal mol?1），而ONB笼化的proPST-1（顺式和反式）对接分数均较差（?5.2和?5.5 kcal mol?1），且预测结合姿势改变，解释了proPST-1暗态活性降低的结构基础。
**PST-1的光开关行为**：PST-1在365 nm照射下快速发生反式至顺式异构化，380 nm处吸光度显著下降；在暗处或565 nm光照下可恢复反式结构。37 °C下多次光开关循环未显示明显光疲劳，表明PST-1具有良好的光稳定性和结构完整性。
**proPST-1的合成与光解**：proPST-1通过PST-1与ONB-Br的苄基SN2醚化反应合成，在暗态下于多种介质中稳定。LC-MS和1H-NMR证实365 nm照射后ONB基团裂解，释放出以顺式PST-1为主的活性产物。短时间照射实验表明光异构化和光解同时发生。proPST-1在ACN/H?O中长期储存（一个月）仍保持稳定。
**无细胞微管蛋白聚合抑制**：游离proPST-1在暗态下对微管蛋白聚合无检测到抑制，光照后则产生显著且浓度依赖的抑制，与游离PST-1相当。荧光微管成像一致显示，光照后的proPST-1有效破坏微管网络。
**纳米粒子封装与光响应释放**：在聚合物与前药摩尔比为1:10时，proPST-1@PN形成均一分散体系，封装效率达94.9 ± 5.1%；更高比例导致过载和浑浊。DLS显示封装后粒径从10.1 nm增至24.4 nm，光照后降至13.5 nm，表明药物释放和纳米粒子结构性重组。空PN在紫外照射下尺寸稳定。proPST-1@PN在PBS中4天保持尺寸稳定。释放实验显示光照条件下48小时累积释放约80%，而暗态仅约45%。
**细胞实验**：游离proPST-1和proPST-1@PN在暗态下对HeLa和SH-SY5Y细胞均无细胞毒性，365 nm照射后则表现出显著的浓度依赖性细胞毒性，且封装不影响药物激活后的效力。空PN在1 mg mL?1下耐受良好。
**5. 讨论与结论**
讨论部分指出，该策略将本质上可逆的光开关系统（photostatin）转化为不可逆的ON开关，实现了严格的时空控制。光照触发的释放机制归因于光解后药物极性增加导致疏水分配减弱，而无需载体解体。两亲性杂接枝聚合物展现了优异的封装效率和生物相容性。研究结论部分强调，该概念验证研究建立了光响应大分子递送系统的设计蓝图，为开发下一代光激活纳米药物提供了通用设计原则。研究同时指出，紫外光组织穿透深度有限是体内转化面临的主要挑战，未来需开发可见光或近红外响应的光笼和光开关基团，并可探索前药的共价连接策略。
