硫化氢激活的释放一氧化氮诊疗一体化策略用于联合气体与光动力疗法对抗结直肠癌

《European Journal of Medicinal Chemistry》：H 2S-Activated NO-Releasing Theranostics for Combined Gas and Photodynamic Therapy against Colorectal cancer

　　

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  开发了一种H₂S激活的一氧化氮（NO）释放诊疗平台（BSO-NO），用于针对结直肠癌的气体疗法与光动力疗法的联合治疗。
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  BSO-NO特异性响应于结直肠肿瘤中过表达的H₂S，从而实现小分子NO供体的靶向递送。
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  BSO-NO通过光触发的按需释放NO和活性氧（ROS），实现对结直肠肿瘤的高度时空精准消融，增强治疗效果。

引言

一氧化氮（NO）是一种重要的内源性气体信号分子[1]、[2]。由于其高反应活性，NO在许多生理和病理过程中发挥着重要作用[3]、[4]，例如血管生成[5]、[6]、伤口愈合[7]、炎症[8]、[9]以及神经传导[10]、[11]、[12]。近年来，NO气体疗法引起了越来越多的关注[13]。目前正在进行其在肺动脉高压中应用的临床试验[14]、[15]，而低流量吸入NO（iNO）已获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准，用于治疗新生儿低氧性呼吸衰竭[16]。在癌症治疗方面，高浓度的NO（μM级）能够抑制肿瘤生长并诱导凋亡，且不会引发耐药性[17]。因此，外源性NO供体疗法代表了一种极具前景的抗癌策略[18]、[19]。

小分子NO供体具有结构多样性灵活、生物相容性好等特点[20]。典型例子包括硝酸甘油（GTN）、N-重氮烯二醇酸盐以及硝普钠（SNP）[21]。然而，NO气体疗法的发展受到靶向特异性差和递送效率低等限制[22]、[23]。为克服这些局限，研究人员通过将NO包裹于刺激响应性前药中，设计了可激活的小分子NO供体，使其能够在pH[24]、[25]、酶[26]、[27]或光[28]、[29]的触发下按需释放。该策略有助于将NO气体精准递送至肿瘤部位[30]、[31]、[32]。此外，NO的释放速率是NO气体疗法疗效的关键决定因素[33]、[34]。在同等累积剂量的情况下，较快的释放速率往往能够诱导更大的细胞死亡[35]、[36]。越来越多的证据表明，活性硫物种（RSS）能与NO产生协同作用并促进其释放，可能增强NO气体疗法的抗肿瘤效果[37]、[38]、[39]。

在结直肠癌细胞中，胱硫醚β-合酶（CBS）过表达导致硫化氢（H₂S）异常积聚[40]、[41]。因此，将靶向H₂S的策略与NO供体疗法相结合，为结直肠癌的精准治疗提供了可观的临床潜力。此外，结直肠癌细胞中升高的H₂S水平不仅有望实现NO供体的靶向递送，还可能实现NO的按需释放，从而最终增强对结直肠癌的治疗效果。然而，单靠NO气体疗法由于细胞毒性不足，无法完全清除肿瘤细胞[42]、[43]、[44]。将NO气体疗法与其他治疗模式（如放疗、化疗和光疗）相结合，可产生增强的治疗效果并提高整体疗效[45]、[46]、[47]、[48]。光动力疗法（PDT）是一种新兴的光疗模式，具有高度的时空可控性和几乎不产生耐药性等特点[49]、[50]、[51]，其中光敏剂在特定波长光的激发下可将氧转化为活性氧（ROS），从而杀死肿瘤细胞[52]、[53]、[54]、[55]。

在此，我们基于BODIPY（二吡咯并甲硼烷）设计并合成了一种新型H₂S激活的诊疗试剂（BSO-NO），用于联合NO气体疗法与PDT治疗结直肠癌（方案1）。BSO-NO选择性富集于H₂S过表达的结直肠肿瘤中。在与H₂S反应生成BOH-NO后，可引发显著增强的荧光信号，从而实现肿瘤部位的实时成像。随后光照将BOH-NO转化为BOH-NH，触发按需释放NO气体和ROS，从而实现气体疗法与PDT联合的增强治疗效果。值得注意的是，过表达的H₂S也有助于促进NO的释放。总体而言，BSO-NO展现了作为H₂S激活型诊疗试剂的巨大潜力，具有优异的光学性能、增强的成像效果以及强大的NO和ROS释放能力。它在HCT116细胞和体内肿瘤模型中均表现出强烈的荧光发射和协同抗肿瘤效果。

节选摘要

BSO-NO和BOH-NO的设计与合成

化合物BSO-NO和BOH-NO的详细合成路线见图2。商品化购买的5-氨基-2-甲基吡啶与(Boc)₂O反应得到化合物1。化合物1经甲基化得到化合物2，随后在酸性条件下转化为化合物3。随后用亚硝酸钠对化合物3进行亚硝化反应，主要生成化合物4。接着使用碘甲烷将化合物4转化为化合物5。

化合物6由……获得

结论

我们开发了一种用于结直肠癌的新型H₂S激活型诊疗试剂（BSO-NO），在H₂S激活的荧光增强引导下，联合NO疗法与PDT进行治疗。在我们的设计中，BSO-NO选择性与结直肠癌中过表达的H₂S反应，生成BOH-NO，并同步产生增强的荧光信号。该荧光信号可用于肿瘤成像，以便随后进行NO气体与光动力疗法（PDT）的联合治疗。对肿瘤部位进行光照

一般信息

除另有说明外，所有反应均在氮气氛围下进行。所得溶液在低于40 °C的条件下通过旋转蒸发浓缩。所有商品化试剂均无需额外纯化直接使用。所有核磁共振（NMR）谱图均在25 °C下使用Bruker AVANCE III 600 MHz核磁共振波谱仪采集。¹H NMR化学位移以百万分之一单位（ppm，δ标度）表示，并以残余溶剂峰为参照（CD₃OD：δ 3.31；DMSO-d₆：δ

CRediT作者贡献声明

Lixin Sun：监督、方法论、经费获取。Xianfeng Gu：撰写—审阅与编辑、撰写—初稿、监督、项目管理、方法论、经费获取、概念设计。Chunchang Zhao：监督。Chenjia Liu：可视化、研究。Mengting Zhao：可视化。Yongxing Xue：可视化。Jiaxin Cheng：可视化。Kehuan Wu：撰写—审阅与编辑、撰写—初稿、可视化、研究。Shaozong Ma：撰写—审阅

备注

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

利益冲突声明

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数据可用性

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利益冲突声明

作者声明他们不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本论文所报告工作的情况。

致谢

本工作得到国家自然科学基金资助（编号82173657，X.G.；编号22607124，L.S.）、山东省自然科学基金资助（编号ZR2026QC1294，L.S.）以及中国博士后科学基金会资助（编号2025M780985，L.S.）。

Kehuan Wu|Shaozong Ma|Chenjia Liu|Mengting Zhao|Yongxing Xue|Jiaxin Cheng|Chunchang Zhao|Lixin Sun|Xianfeng Gu