浙大于兴华《Adv. Healthcare Mater》：开发出生物标志物可激活型I型近红外光敏剂，实现成像引导的肿瘤光动力治疗

导读

浙江大学医学院附属邵逸夫医院于兴华、孙斐，联合香港中文大学（深圳）唐本忠院士和深圳大学燕鼎元，在《Advanced Healthcare Materials》期刊发表研究论文“Molecular Engineering of Biomarker-Activatable Type I NIR Photosensitizer Enables Precision-Guided Photodynamic Therapy”，报道了一种基于“受体平面化与末端芳基电子调控”分子工程策略的新型I型近红外光敏剂平台。该研究通过系统调控推拉电子结构与受体平面性，获得了兼具近红外发射（751 nm）与高效I型活性氧生成能力的光敏剂DPP-3，并进一步构建了羧酸酯酶（CE）可激活的诊疗一体化探针DPP-CE。该探针在肿瘤微环境中特异性激活近红外荧光信号，实现高信噪比成像引导的精准光动力治疗，且在激活前后均保持高效的光动力活性，有效克服了传统可激活探针因生物标志物异质性表达或局部活化不完全导致的疗效不确定性。该论文第一作者为董雪梅和曾令安，通讯作者为于兴华、孙斐、唐本忠院士和燕鼎元。

研究背景：光动力治疗的缺氧困境与靶向挑战

光动力治疗（PDT）凭借高时空精度、微创性、低系统毒性和低耐药倾向等优势，在精准肿瘤学领域展现出重要临床潜力。然而，实体瘤治疗面临两大根本性生理屏障：肿瘤内部普遍存在的缺氧微环境，以及高度的细胞异质性。传统II型光敏剂依赖分子氧生成单线态氧（¹O₂），在缺氧区域疗效显著下降；与此同时，多数PDT策略缺乏肿瘤特异性靶向能力，难以匹配不同肿瘤的多样分子表型，常导致疗效不佳和脱靶效应。

I型光敏剂通过光致电子转移机制产生超氧阴离子（O₂•⁻）等活性氧物种，即使在低氧条件下也能有效杀伤肿瘤细胞，已成为克服缺氧限制的前沿方向。然而，开发高性能I型光敏剂仍面临重大挑战：理想制剂需同时实现近红外（NIR）窗口的深组织穿透、高I型活性氧量子产率，以及集成诊疗功能以实现精准治疗指导。更关键的是，现有生物标志物可激活探针的疗效往往依赖于局部激活效率——鉴于生物标志物的异质性分布，不完全激活可能损害整体治疗效果。

创新点：受体平面化与末端芳基调控协同优化I型光动力性能

针对上述挑战，研究团队提出了基于“受体平面化与末端芳基电子调控”的分子工程策略。以二酮吡咯并吡咯（DPP）为核心电子受体，利用乙烯基π桥锁定其平面构型（二面角<1°），显著区别于传统噻吩桥连DPP体系（>10°），从而增强分子内电荷转移（ICT）并促进系间窜越（ISC），为后续I型光动力反应建立高效的三线态激子池。通过在DPP受体核心两端系统修饰具有不同推拉强度和空间位阻的芳基取代基，研究团队优化了光物理性质，最终筛选出先导分子DPP-3。

理论计算表明，DPP-3的HOMO主要定域于三苯胺末端和乙烯基π桥（给电子区域），LUMO则高度定域于DPP受体核心（受电子区域），形成强ICT通道。其HOMO-LUMO能隙（ΔEg=2.04 eV）呈递减趋势（DPP-1: 2.23 eV > DPP-2: 2.20 eV > DPP-3: 2.04 eV），驱动吸收光谱红移。更重要的是，DPP-3的S₁–T₁能隙（ΔEST=1.006 eV）显著小于DPP-1（1.185 eV）和DPP-2（1.188 eV），有利于高效S₁到T₁转化，为I型电子转移提供充足三线态布局。

诊疗一体化：CE可激活探针实现“信号开启”精准导航

基于DPP-3优异的性能和化学稳定性，研究团队进一步构建了生物标志物可激活的诊疗平台。以羧酸酯酶（CE）为模型靶标，设计了前药探针DPP-CE。该探针在生理条件下处于荧光“关闭”状态；经肿瘤内CE特异性水解后，原位释放母体分子DPP-3，同时激活强近红外荧光信号（717 nm），实现高信噪比肿瘤成像，进而指导按需PDT。

光谱表征显示，DPP-CE在CE存在下于2分钟内达到荧光响应平台，对CE的检测限达0.13 U/mL，且对CE表现出优异的选择性，其他生物相关分析物引发的信号可忽略不计。研究团队通过高分辨质谱确认了酶促反应产物分子量为621.3219，与DPP-3理论质量一致，验证了CE介导的酯键水解及1,6-消除反应活化路径。

关键特性：激活前后均保持光动力活性，突破传统探针局限

DPP-CE的一大核心创新在于其激活前后均保持高效光动力活性。研究团队使用DCFH-DA和DHR123探针验证，即使未激活的DPP-CE在660 nm激光照射下也能产生超氧阴离子。这一特性确保其治疗功能不完全依赖于酶促转化的完整性，有效解决了传统可激活探针因生物标志物异质性表达或局部反应不充分导致的疗效波动问题。与此同时，其荧光“开启”信号为光照提供精确空间导航，在保证疗效的同时显著增强治疗靶向性和可控性。

体外验证：缺氧条件下仍保持高效光细胞毒性

体外细胞实验中，DPP-CE在模拟肿瘤微环境的缺氧条件下，其细胞杀伤效率与常氧条件下高度相当。在1 μM低浓度下约半数细胞被杀死；浓度增至15 μM时，细胞存活率骤降至30%以下。定量分析显示，光照条件下IC₅₀值在常氧下约为2.39 μM，缺氧下约为4.20 μM，证实了DPP-CE高效且氧非依赖的光细胞毒性。

共聚焦成像显示，DPP-CE被PC-3细胞内化后荧光强度逐渐增强，120分钟后增强约12倍。经CE抑制剂AEBSF预处理后，荧光信号降至接近背景水平，证实内源性CE可特异性激活DPP-CE触发近红外荧光发射。Calcein-AM/PI双染和JC-1线粒体膜电位检测进一步证实，DPP-CE介导的I型光动力机制导致线粒体膜电位崩溃和细胞凋亡；流式细胞术分析显示，DPP-CE联合光照诱导超过70%的总凋亡细胞。

体内疗效：近完全肿瘤消融，展现良好生物安全性

在PC-3荷瘤小鼠模型中，瘤内注射DPP-CE后肿瘤部位呈现时间依赖性荧光增强；CE抑制剂BNPP预处理组荧光显著减弱，证实DPP-CE由肿瘤微环境中内源性CE特异性激活。在四臂治疗研究中，DPP-CE联合激光照射组在18天治疗期内实现近完全肿瘤消融，肿瘤组织H&E染色未见明显残留肿瘤组织，而DPP-CE单药组和激光单照组肿瘤生长基本不受影响。所有治疗组小鼠体重变化趋势相当，主要器官H&E染色未见病理病变，表明DPP-CE具有良好的生物相容性和系统安全性。

意义与展望

该研究提出的“推拉电子调控与受体平面化”分子设计策略，成功解决了传统PDT中长波长吸收、缺氧耐受性和诊疗功能集成于单一制剂的核心难题。通过构建兼具高效I型光动力性能与模块化功能化能力的光敏剂平台，并以DPP-3为核心骨架模块化引入CE响应单元，研究团队建立了“信号开启”成像引导I型PDT的闭环流程。

尤为重要的是，DPP-CE在激活前后均保持高光动力活性的设计理念，确保其治疗疗效不依赖于生物标志物激活的完全性，从而克服了传统可激活探针因生物标志物异质性表达或肿瘤微环境中不完全反应而导致疗效受损的关键局限。该模块化推拉平台展现出优异的可扩展性，可便捷地与多种生物响应单元偶联，为构建集成化、智能化的诊疗系统奠定了坚实基础，有望推动个性化精准医学的发展。

原文信息

Xuemei Dong, Lingan Zeng, Yunlong Liu, Mingming Wang, Fan Wen, Yujun Zhang, Dingyuan Yan, Ben Zhong Tang, Xinghua Yu, and Fei Sun. Molecular Engineering of Biomarker-Activatable Type I NIR Photosensitizer Enables Precision-Guided Photodynamic Therapy. Advanced Healthcare Materials, (2026): e71492.

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.71492

来源：化学加