《Aggregate》：Programmed Activatable Photosensitizer for Acidity/Glutathione Dual-Locked Photodynamic Theranostics of Tumors
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本文介绍了一种程序化激活的长波长光敏剂LET-19，其通过酸/谷胱甘肽（GSH）双锁机制实现肿瘤微环境特异性激活，解决了单一激活“假阳性”和光毒性问题。其可在恢复荧光/光声成像功能的同时，通过消耗肿瘤细胞内高浓度的GSH，抑制GPX4活性，打破氧化还原稳态，从而显著增效光动力疗法（PDT），为肿瘤精准诊疗提供了新策略。
1 引言
光动力疗法（PDT）作为一种非侵入性的肿瘤治疗手段，因其时空特异性和低全身毒性而备受关注。然而，常规光敏剂（PSs）常缺乏肿瘤特异性，易导致脱靶激活和皮肤光毒性。同时，肿瘤细胞强大的抗氧化防御系统，特别是高浓度的还原型谷胱甘肽（GSH），会迅速清除光动力疗法产生的活性氧（ROS），从而显著限制其疗效。虽然可激活光敏剂（aPSs）能够响应肿瘤微环境（TME）中的特定刺激，但单锁激活机制仍存在假阳性激活的风险。为了克服这些局限，本研究开发了一种程序化激活的长波长光敏剂LET-19，其设计具有酸/GSH双锁激活机制，旨在实现精准的肿瘤诊断和治疗。
2 结果与讨论
2.1 LET-19的分子设计与合成
研究者设计并合成了以碘代花菁为骨架的长波长可激活光敏剂LET-19。其结构整合了恶嗪烷（pH响应单元）和3,5-双（三氟甲基）苯硫酚（GSH响应单元），旨在初始状态下淬灭其荧光（FL）、光声（PA）信号和光敏特性。只有当依次经历酸性TME和细胞内高浓度GSH的双重刺激时，才会被程序化激活。
2.2 光化学性质与ROS检测
光谱学研究表明，LET-19的吸收峰在酸性条件（pH 6.5）下红移至805 nm，且其强度和荧光（820 nm）及光声（800 nm）信号仅在同时存在H+和GSH时才会被显著激活，验证了其双锁逻辑。活性氧检测实验进一步证实，只有在酸和GSH共同存在时，LET-19才能高效转化为活性形式（LET-19’），并在808 nm激光（0.2 W cm-2）照射下产生单线态氧（1O2），其量子产率为24.3%。密度泛函理论计算显示，激活后的LET-19’具有更大的π电子共轭体系和更低的HOMO-LUMO能隙。
2.3 细胞成像与共定位研究
为了提高靶向性和水溶性，LET-19被叶酸修饰的DSPE-PEG2000-FA包裹，形成纳米颗粒nLET-19。细胞实验表明，nLET-19可被4T1肿瘤细胞有效摄取，其荧光信号在细胞内随时间增强，并呈现pH依赖性（pH降低则信号增强）。使用GSH清除剂N-甲基马来酰亚胺（NMM）预处理细胞会减弱荧光信号，证实了其对GSH的响应。共定位实验显示nLET-19主要定位于溶酶体。
2.4 体外细胞毒性评估
细胞毒性实验显示，nLET-19本身在暗处对正常细胞（HEK293T）毒性可忽略，但可通过消耗GSH对4T1肿瘤细胞产生一定的抑制（暗毒性）。在808 nm激光照射下，其光动力疗效在pH 6.5的酸性条件下得到进一步增强。机制研究表明，nLET-19能够消耗细胞内的GSH和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH），上调活性氧和脂质过氧化（LPO）水平，并下调关键抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达，从而破坏细胞氧化还原稳态，放大PDT的疗效。
2.5 体内FL/PA双模态成像
在4T1荷瘤鼠模型中，通过瘤内注射nLET-19并分别用NaHCO3（提高pH）或NMM（消耗GSH）预处理一侧肿瘤，证实了其体内激活依赖于酸和GSH的双重存在。静脉注射后，nLET-19在肿瘤部位特异性富集并激活，荧光和光声信号在12小时达到峰值，并可持续至48小时，实现了对肿瘤的精准、长效成像，为确定最佳治疗时间窗提供了依据。
2.6 体内PDT疗效评估
体内治疗实验表明，与PBS对照组相比，单独nLET-19（无光照）可通过消耗GSH抑制约32%的肿瘤生长。而nLET-19结合激光照射治疗组（nLET-19 (+)）则展现出强大的抗肿瘤效果，抑制率高达97.1%。组织学分析显示，该治疗组肿瘤组织出现大面积坏死，Ki-67阳性细胞减少，同时肿瘤区域内活性氧水平升高，GPX4表达降低。主要器官的组织学检查和血液生化分析未发现明显毒性，证明了nLET-19良好的生物相容性和治疗安全性。
3 结论
本研究成功开发了一种程序化激活的长波长光敏剂LET-19，用于酸/GSH双锁的肿瘤光动力诊疗。其双锁激活机制确保了高度的肿瘤特异性和治疗安全性，同时通过消耗GSH、抑制GPX4通路，有效破坏了肿瘤细胞的氧化还原防御系统，从而显著增强了光动力疗法的疗效。该工作为构建智能、精准的激活型诊疗探针提供了新策略。
