一种具有双脂滴和溶酶体靶向功能的pH响应性希夫碱光敏剂，用于细胞成像和光动力抗肿瘤治疗

《Dyes and Pigments》：A pH-Responsive Schiff Base Photosensitizer Possessing Dual Lipid Droplet and Lysosomal Targeting for Cellular Imaging and Photodynamic Antitumor Therapy

　　

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  TBA-R 纳米颗粒展现出特异性的pH响应型荧光增强和¹O₂产生能力。
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  TBA-R 纳米颗粒具有独特的溶酶体和脂滴双重靶向能力。
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  TBA-R 纳米颗粒促进了微环境响应性的细胞内生物成像。
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  TBA-R 纳米颗粒展现出在临床光动力疗法中的巨大潜力。

引言

光动力疗法（PDT）已发展成为一种有价值且非侵入性的临床抗癌治疗替代方案，具有副作用极小、创伤微小以及出色的时空可控性等竞争优势[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。一般来说，PDT的治疗疗效从根本上依赖于三个组分的协同作用：光敏剂、适当波长的光和氧气。当在特定波长激发时，光敏剂通过电子转移（I型）或能量转移（II型）途径将分子氧转化为具有高细胞毒性的活性氧（ROS），进而引发肿瘤细胞的凋亡或坏死，并进一步刺激抗肿瘤免疫反应[6]、[7]、[8]。因此，除了确定最佳照射参数和组织穿透深度外，光敏剂在调节治疗疗效和生物安全性方面起着决定性作用，特别是在ROS产生、亚细胞定位和代谢途径方面。然而，在缺氧条件下普遍存在的糖酵解代谢使肿瘤细胞处于酸性微环境（pH≈6.5?7.0）中，这与血液或正常组织的生理pH值（pH 7.4）形成鲜明对比[9]、[10]。这种固有的差异使得需要使用pH响应性光敏剂，使其在正常组织中保持沉默，但在酸性肿瘤内优先激活，从而增强治疗的精确性和安全性。

目前，已提出了pH敏感的-photo光诊疗试剂以提高肿瘤荧光成像和光治疗疗效[11]、[12]、[13]。与毒性不确定的聚合物和无机类似物不同，有机小分子探针因其具有额外优点而成为不可替代的候选者，例如结构明确、光物理化学性质可调以及理想的生物相容性[14]、[15]、[16]。然而，其临床应用面临的一个重大挑战源于其对紫外线或可见光激发的依赖，而这两种光均存在组织穿透浅的问题[17]、[18]、[19]。深红光或近红外窗口可用于减轻组织散射和吸收，同时最大限度地减少自发荧光干扰[20]、[21]、[22]，从而为深组织成像和光治疗开辟了途径。因此，设计近红外吸收的pH敏感光敏剂以实现深组织和肿瘤靶向光治疗是十分迫切的。在可用的基团中，三苯胺-苯并[1,2,5]噻二唑（TPA-BT）骨架因其用于构建有利于近红外成像引导PDT的光敏剂而受到青睐[23]、[24]。事实上，我们课题组此前已探索了TPA-BT基团以开发高性能光敏剂。例如，我们报道了TBTDC纳米颗粒，其具有卓越的单线态氧产生和深组织双光子成像能力[25]。尽管如此，将智能pH响应性整合到基于TPA-BT的多功能光敏剂中仍然相对稀缺。传统的TPA-BT衍生物通常存在亚细胞定位精度有限的问题，且无法对酸性肿瘤微环境（TME）做出响应，限制了其生物应用。因此，迫切需要开发具有pH响应性的多功能光敏剂。

设计pH响应性荧光探针的一种直接策略是引入多肽[26]、可电离基团[27]或N-杂环基团，如吲哚[28]、[29]、吗啉[30]、[31]、咪唑[32]、[33]、吡啶[34]、[35]，这些基团可以经历可逆的质子化和去质子化过程。类似地，哌嗪是一种具有易质子化氮位点的饱和N-杂环，已被用作给电子基团和溶酶体靶向基团[36]、[37]、[38]。例如，Feng等人构建了一种由哌嗪作为给电子体和溶酶体靶向基团组成的高性能荧光探针DCMP，用于类风湿性关节炎成像[39]。Peng及其同事报道了一种基于哌嗪的荧光探针，具有优越的ROS产生能力和AIE特性，尽管其pH响应性未被探索[40]。然而，协同结合AIE活性、近红外发射、pH响应性诊疗能力和精确双重细胞器靶向的多功能哌嗪基荧光探针仍然稀缺。

为解决这一问题，我们在此报道了一种理性设计的D-A-π-D型荧光探针TBA-R，其修饰有pH可激活的哌嗪给电子单元和具有代表性的AIE活性TPA单元。这种策略性的组合赋予了TBA-R几种引人注目的功能，包括：（i）明亮的近红外发射用于深组织成像；（ii）AIE特性以增强聚集态下的亮度；（iii）pH响应性荧光和酸增强的单线态氧产生；以及（iv）溶酶体和脂滴的双重细胞器靶向以实现潜在的联合治疗效果。随后，TBA-R被封装到生物相容的牛血清白蛋白（BSA）基质中，这促进了TBA-R纳米颗粒在水介质中的稳定性和高效的细胞内化。然后，我们进行了系统性研究，以表征不同pH条件下TBA-R的荧光成像和PDT性能。我们的研究表明，TBA-R纳米颗粒表现出显著的pH响应行为，在酸性肿瘤条件下（pH 6.5）实现了最佳的荧光激活和ROS产生（方案1）。这些结果促进了TBA-R纳米颗粒对MCF-7细胞展现出令人满意的体外和体内肿瘤抑制作用。本工作凸显了此类智能响应性荧光探针的巨大潜力。

章节摘要

材料

起始化学品4-(4-乙基-1-哌嗪基)苯胺、4-(二苯氨基)苯基硼酸、4-硼酸三苯胺、4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑、5-甲醛-2-噻吩硼酸频哪醇酯、四(三苯基膦)钯、碳酸钾、玫瑰红（RB）和溶剂均为商业可购品，未经额外纯化直接使用。荧光探针包括9,10-蒽二基双(亚甲基)二丙二酸（ABDA）等，

合成与DFT计算

鉴于小分子荧光团在聚集态中不可避免地发生π-π堆积，它们通常会受到聚集导致猝灭（ACQ）现象的影响，这对细胞成像和光动力疗法不利。为克服这一局限，AIE荧光团已作为一种有前景的替代方案出现。因此，我们设想并制备了一种具有AIE活性的荧光团，该荧光团由三苯胺（给体1）和4-(4-乙基哌嗪-1-基)苯胺（给体2）连接而成，

结论

总之，我们构思并合成了一种具有高ROS产生能力的近红外光敏剂TBA-R，展现了其在同时表现出AIE活性和pH响应行为方面的多功能性。TBA-R的D-A-π-D结构促进了强烈的分子内电荷转移效应和窄的ΔE_ST，这有利于发射近红外荧光并通过系间窜越产生¹O₂。使用生物相容的牛血清白蛋白制备了最佳的TBA-R纳米颗粒。值得注意的是，

CRediT作者贡献声明

胡天泽：形式分析。方振：形式分析。陈英华：资金获取。胡丽文：撰写——初稿、形式分析。吴照基：调查研究。刘新春：方法学、调查研究。刘岩山：撰写——审阅与编辑、资金获取。麦雅丽：调查研究。王少臻：调查研究、形式分析

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到了开放基金、发光材料与器件国家重点实验室（华南理工大学，2022-skllmd-03）、广东省自然科学基金（2026A1515012869）、国家自然科学基金（22205081）、广东省高校特色创新项目（2025KTSCX065）的支持。

刘新春|麦雅丽|王少臻|胡天泽|胡丽文|吴照基|方振|陈英华|刘岩山