基于四苯乙烯的线粒体靶向光敏剂的合成与评价

《Bioorganic Chemistry》：Synthesis and evaluation of mitochondrion-targeted tetraphenylethylene-based photosensitizer

基于四苯乙炔结构的AIE光敏剂PS2通过引入氨基甲基侧链进行结构修饰，合成了新型化合物16。该化合物在白光辐照下具有优异的单线态氧生成能力，优于传统光敏剂[Ru(bpy)3]2+，同时表现出线粒体靶向性和显著的细胞光毒性，为皮肤肿瘤的光动力治疗提供了新策略。

　　

秦方远|徐芳芳|程帅|陈丽娟|邢亚思|张蓓蓓|孙俊|杜恩明

中国河南省眼科与视觉科学重点实验室，郑州大学人民医院河南眼科医院，河南医科大学，河南省人民医院，郑州

摘要

作为具有聚集诱导发光（AIE）特性的典型化合物，基于四苯乙烯的光敏剂因其独特的分子结构和优异的光物理性能而被广泛应用于生物特异性成像、诊断、光动力疗法（PDT）等相关领域。在本研究中，我们开发了一种简洁高效的方法来修饰AIE光敏剂PS2的结构，在噻吩末端引入了氨基甲基侧链。这种修饰为后续的结构多样化提供了灵活的平台。通过这种合成策略，成功获得了一种具有AIE特性的新型光敏剂16。化合物16表现出优异的光物理性能和生物相容性，并且在白光照射下产生的单线态氧显著高于经典光敏剂[Ru(bpy)₃]²⁺。此外，化合物16在A431细胞中表现出线粒体靶向能力，并在白光照射下显示出显著的光毒性。总之，化合物16作为单分子AIE光敏剂在皮肤肿瘤的光动力治疗中显示出良好的应用潜力。我们期望这项工作能为理想光敏剂的开发提供有价值的实验见解。

引言

光动力疗法（PDT）是一种微创或非侵入性治疗方法，它利用光、光敏剂（PS）和组织中的氧气通过光化学反应选择性地破坏病变组织。该方法具有高选择性、创伤小和系统毒性低的优点[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。自20世纪70年代引入肿瘤学领域以来，PDT已成为与传统方法（如手术、化疗、放疗和免疫疗法）并行的重要治疗手段[6]。PDT的核心机制是光敏剂被光激发后，将分子氧转化为活性氧（ROS），从而对生物组织或细胞造成损伤[7]。除了直接杀死细胞外，PDT还具有抗血管生成作用，并能通过诱导免疫原性细胞死亡（ICD）来刺激免疫反应[8]、[9]。在这三个关键组成部分中，光敏剂最为关键，目前也是临床应用的主要限制因素。大多数临床使用的光敏剂仍来源于卟啉结构（例如Photofrin、Foscan、Verteporfin、Chlorin）[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。尽管这些光敏剂在一定程度上满足了临床需求，但它们大多存在分子结构庞大、水溶性差以及在高ROS条件下稳定性低的问题。这些限制常常导致聚集引起的淬灭（ACQ）效应，从而降低光敏剂产生单线态氧的效率[15]。

与传统光敏剂相比，聚集诱导发光（AIE）光敏剂具有更好的生物相容性、更高的单线态氧生成能力、优异的灵敏度和较强的抗光漂白能力。它们还能克服传统光敏剂在高浓度下常见的ACQ效应，使其在PDT应用中具有巨大潜力[16]、[17]、[18]。

刘等人报道了AIE光敏剂PS 1和PS 2的开发和应用，这两种光敏剂通过纳米沉淀法制备成了纳米颗粒（方案1）。在白光照射下，它们对MDA-MB-231细胞的光毒性均优于Ce6，并且能够在体内有效减小肿瘤体积。此外，在细胞和动物模型中，PS 2的光动力治疗效果优于PS 1[19]。纳米医学在提高药物可溶性、稳定性以及促进靶向递送方面具有显著优势[20]、[21]。尽管纳米医学研究和应用已取得相当进展，但与质量稳定性和体内代谢行为相关的问题仍需要全面的药理学和毒理学研究[22]。因此，通过化学方法对光敏剂进行结构修饰以优化其物理化学性质和药物可溶性，使其能够作为小分子单体应用，仍然是光敏剂开发中不可或缺且至关重要的步骤[23]。例如，陈等人通过在PS 1的结构中引入三甲铵阳离子，设计并合成了一种新型光敏剂PS 3（方案1），该光敏剂不仅具有良好的水溶性，而且在白光照射下表现出优异的稳定性和单线态氧生成能力。此外，PS 3对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的光毒性显著优于第二代抗生素头孢西丁和传统光敏剂Ce6[24]。

基于以往的研究，本研究聚焦于具有出色光物理特性的AIE光敏剂PS 2。通过化学修饰PS 2的结构，以提高其水溶性、生物相容性和物理化学性质，并增强其靶向能力。我们旨在研究PS 2作为单分子光敏剂的光动力治疗效果和应用潜力。这种方法有望结合小分子靶向AIE光敏剂的优点，同时克服传统光敏剂和纳米药物制剂的固有局限性。

光敏剂的设计与合成

对PS 2的结构修饰采用了两种主要策略。

(1) 一种常见的方法是去除化合物1中的甲基基团，得到酚羟基中间体2，再进一步修饰得到目标化合物3（方案2A）。在脱甲基化方法中，BBr?是一种常用的试剂。然而，用BBr?/Et?O溶液处理化合物1并未得到所需的脱甲基产物2。经过条件优化后，使用HBr/HOAc回流处理得到了

结论

本研究以市售的2-氨基甲基噻吩（7）为起始材料。首先将氨基乙酰化得到保护中间体8，然后进行Friedel-Crafts酰基化反应，得到化合物9。随后将保护基团从乙酰基替换为Boc基团，得到化合物10。对10进行Miyaura硼化反应，得到了氨基甲基化的噻吩衍生物11（方案3）。将11与12进行Suzuki偶联反应，顺利得到了目标化合物

化学方法

除非另有说明，所有溶剂和试剂均从商业供应商处购买，使用前无需进一步纯化。¹H NMR和¹³C NMR光谱是在Varian Mercury 300和Bruker AV 500 MHz光谱仪上记录的。高分辨率质谱（HRMS）是在Thermo Exactive Plus光谱仪上记录的。

作者贡献声明

秦方远：方法学研究、资金获取、数据分析、数据管理。徐芳芳：项目管理、方法学研究、数据分析、数据管理、概念构思。程帅：方法学研究、数据分析、数据管理、概念构思。陈丽娟：方法学研究、数据分析、数据管理、概念构思。邢亚思：方法学研究、数据分析、数据管理、概念构思。张蓓蓓：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：82003294）、河南省关键技术研发计划（编号：242102311084）、河南省医学科学技术研究计划（编号：LHGJ20230655和LHGJ20230656）以及河南省眼科医院基础研究专项基金（编号：25JCZD002和22JCQN005）、河南省医学科技人才海外培训计划（编号：HNMOT2024041）的资助。

rg.2025.XXX.