雌二醇偶联的碲吩–BODIPY光敏剂的合成与评价

《Canadian Journal of Chemistry》：Synthesis and evaluation of tellurophene–BODIPY photosensitizers appended to estradiol

　　

本文报道了一类新型光敏剂的合成与评价。该类化合物包含一个BODIPY单元，其硼中心连接两个碲吩杂环，并通过二吡咯亚甲基骨架（dipyrrinato backbone）偶联一个雌二醇单元。这些化合物通过炔基官能化雌二醇与叠氮基官能化BODIPY之间的铜催化叠氮?炔环加成（CuAAC）获得，其中后者在硼中心具有碲吩基序。研究人员对这些缀合物的光化学与光物理性质进行了评估，以探索其在靶向光动力治疗（PDT）中的潜在应用价值。

该论文发表于《Canadian Journal of Chemistry》，围绕雌激素受体（ER，estrogen receptor）靶向的光动力治疗（PDT，photodynamic therapy）药物设计展开，目标是将具有光敏活性的碲吩修饰BODIPY（4-bora-3a,4a-diaza-s-indacene）与内源性配体17β-雌二醇相结合，从而构建兼具光毒作用与潜在肿瘤靶向递送能力的新型缀合分子。研究背景在于，传统化疗虽然能够杀伤快速增殖的肿瘤细胞，但同时也会损伤正常的快速分裂细胞，导致明显副作用。因此，开发能够依赖肿瘤细胞特异性分子特征实现定向递送的治疗体系，已成为抗癌药物设计的重要方向。乳腺癌细胞中常见的ER过表达，使雌二醇成为可用于靶向递送的天然配体之一。另一方面，研究人员此前已建立了硼中心引入碲吩基序的BODIPY光敏剂体系，即[Te]-BODIPY，其具备一定的单线态氧（¹O₂）生成能力和光依赖性细胞毒性，但对癌细胞缺乏选择性。基于此，本研究尝试通过引入雌二醇配体改善其肿瘤靶向潜力。

目前存在的核心问题主要有两个：其一，已有[Te]-BODIPY光敏剂虽可作为PDT候选物，但选择性不足；其二，雌二醇的官能化位点及连接链长度可能显著影响其与ER结合能力以及最终缀合物的理化和生物学性质。因此，本研究不仅考察了雌二醇在酚羟基位点即C3位的偶联，也进一步构建了更理想的7α位偶联体系，并设置两种不同长度的连接臂，以比较连接柔性对产物性质的影响。

在技术方法方面，研究人员首先依据文献方法合成炔基官能化雌二醇前体、叠氮基官能化[Te]-BODIPY中间体及7α位功能化所需底物；随后采用铜催化叠氮?炔环加成（CuAAC）实现雌二醇与[Te]-BODIPY的偶联。结构表征主要依赖¹H、¹³C及¹¹B核磁共振（NMR）和质谱分析。光物理评价包括摩尔消光系数、荧光量子产率（Φ_f）、单线态氧量子产率（Φ_Δ）及光降解行为测定。生物学部分采用乳腺癌细胞系MCF?7（ER阳性）与MDA?MB?231（ER阴性）进行细胞活力实验，使用MTT法评估暗毒性与光照后的细胞毒性，光照条件为525 nm、5 min、4.68 J/cm²；文中细胞来源即上述两种乳腺癌细胞系。

Results and discussion

Functionalization at the phenolic position of estradiol was readily achieved
研究首先完成了雌二醇酚羟基位点前体的构建。以雌酮（estrone，1）为起始原料，经过炔丙基化得到炔丙氧基苯基类似物2，随后利用硼氢化钠还原，制得带有炔基侧链的雌二醇3，且以单一非对映异构体形式高产率获得。该结果表明，经由C3位酚羟基进行雌二醇功能化在合成上最为直接，为后续点击偶联提供了便捷底物。

Synthesis of estradiol-appended [Te]-BODIPY 5
在获得化合物3后，研究人员将其与此前制备的叠氮基官能化[Te]-BODIPY 4进行CuAAC反应，在碘化亚铜、三(苄基三唑甲基)胺（TBTA）及Hünig's base存在下，成功制得C3位雌二醇偶联的[Te]-BODIPY化合物5。该产物经柱层析后以中等收率分离得到，并通过NMR与质谱中符合预期的复杂碲同位素分布图样得到确认。该部分结果证明，CuAAC策略适用于此类大体积光敏剂与甾体配体之间的共价连接。

Multistep oxidation of MOM-protected estradiol towards facilitation of reactivity at the 7α-position
为了进一步实现更具生物学意义的7α位修饰，研究人员设计了较复杂的位点活化路线。首先对雌二醇的两个羟基进行甲氧基甲基（MOM）保护，得到化合物6。随后通过连续氧化将苄位反应中心转化并“屏蔽”为酮结构：先经氢硼化?氧化相关步骤制得7，再经Swern氧化得到酮体8。该路线的意义在于通过改变底物反应性，促使后续官能化定向发生于相邻7α位，从而为构建更合理的ER靶向缀合物奠定基础。

Synthesis of estradiols appended with alkyne functionality at the 7α-position
以酮体8为关键中间体，研究人员分别引入具有九碳和三碳链长的炔基碘代烷，得到带不同间隔臂的化合物9a和9b。其后去除MOM保护基，并进一步还原苄位酮，最终获得7α位炔基化雌二醇10a和10b。该部分结果说明，研究已成功建立两种不同链长的7α位连接体系，可用于考察连接臂长度对最终缀合物性质的影响。

Synthesis of estradiols appended with [Te]-BODIPY functionality at the 7α-position
在上述7α位炔基化雌二醇10a/10b基础上，研究人员继续与叠氮基官能化[Te]-BODIPY 4进行CuAAC反应，最终获得目标化合物11a（n = 9）和11b（n = 3）。尽管两者收率较低，且需经柱层析和多次沉淀处理纯化，但其结构均得到NMR和质谱数据支持。该结果表明，不同链长的7α位雌二醇?[Te]-BODIPY缀合物均可实现合成，从而建立了比较其性质的分子平台。

Photophysical data for estradiol-appended [Te]-BODIPYs in CH₂Cl₂ solution
光物理研究显示，化合物5、11a和11b在CH₂Cl₂溶液中的摩尔消光系数相较于前体4均有所下降。尽管如此，这些雌二醇偶联的[Te]-BODIPY仍保持极低的荧光量子产率（Φ_f）、适中的单线态氧量子产率（Φ_Δ）以及与化合物4相似的光降解模式。由此可见，雌二醇单元的引入并未显著削弱[Te]-BODIPY作为光敏剂的核心光敏化性能，说明该缀合设计在保留PDT活性的同时具备向靶向治疗方向拓展的可能。

Cell viability of estradiol-appended [Te]-BODIPYs
为评价这些化合物是否表现出ER相关选择性，研究人员在ER阴性的MDA?MB?231细胞与ER阳性的MCF?7细胞中进行了初步细胞活力实验。化合物5、11a和11b分别以0.1和1 μM浓度孵育3 h，洗涤后立即接受光照或避光处理，并在过夜培养后通过MTT法检测细胞活力。结果显示，这三种化合物在暗条件下毒性较低，而光照后均可诱导细胞毒性，表明其作为常规光敏剂的功能得到保留。然而，在两种细胞系之间并未观察到显著的选择性差异。进一步改变孵育时间以及孵育与照射之间的延迟时间后，结果仍未出现明显改善。该部分结果说明，虽然雌二醇偶联未破坏光毒活性，但尚未在该实验体系中实现对ER阳性乳腺癌细胞的优先作用。

总体讨论部分表明，本研究的主要贡献在于首次将[Te]-BODIPY光敏剂与潜在靶向递送基团进行共价连接，成功合成了三个雌二醇偶联的[Te]-BODIPY光敏剂，并系统比较了不同连接位点和连接链长度对化合物制备与性质的影响。从结果看，C3位和7α位偶联路线均可行，且所得化合物保留了此前[Te]-BODIPY体系的光敏化能力，能够在光照条件下诱导乳腺癌细胞死亡。但就初步细胞实验而言，其ER选择性并未显现，提示单纯引入雌二醇配体并不足以保证受体介导的差异化摄取或毒性。论文讨论中指出，缺乏选择性可能与对细胞靶标的非特异性结合有关，也可能由于体积较大的[Te]-BODIPY缀合单元削弱了雌二醇对ER的结合亲和力，和/或影响细胞摄取。整体而言，该研究建立了一个明确的合成与评价框架，为后续解析ER结合、细胞通透性及亚细胞定位等问题提供了基础。

研究结论部分可译为：
以合成靶向化疗药物为目标，本研究首次实现了[Te]-BODIPY光敏剂与具有潜在递送导向能力基团的偶联。研究人员通过叠氮基官能化[Te]-BODIPY与炔基官能化雌二醇之间的CuAAC偶联，合成了三种雌二醇修饰的[Te]-BODIPY光敏剂。碲吩修饰BODIPY叠氮偶联组分与炔基化雌二醇之间的连接既可发生在雌二醇酚羟基对应的C3位，也可发生在更理想的7α位；其中后者采用了两种不同长度的连接臂。所有雌二醇偶联的[Te]-BODIPY均表现出与既有[Te]-BODIPY相似的光物理特征，显示出作为乳腺癌靶向治疗药物的潜力。研究人员进一步在MCF?7（ER阳性）和MDA?MB?231（ER阴性）细胞系中进行了初步细胞活力实验，结果显示这些化合物具有光诱导毒性，但对MCF?7细胞的选择性并不明显。选择性缺失暂时归因于对细胞靶标的非特异性结合，和/或体积较大的[Te]-BODIPY缀合单元降低了其对ER的结合亲和力，和/或抑制了细胞摄取。未来研究将通过构建雌二醇偶联的荧光BODIPY类似物，在有无碲吩基序的条件下进一步考察ER结合、膜通透性及细胞内定位。