生物素介导靶向光动力治疗-化疗联用抗癌药物的合成及构效关系研究

Recently, there has been considerable interest in the development of targeted photosensitizers and combining photodynamic therapy with anticancer chemotherapy. Both aims to enhance therapeutic efficacy, and reduce side effect and retarded drug-resistance problem. In this project, a series of biotin-phthalocyanine-coumarin conjugates will be synthesized by treatment of a zinc(II) phthalocyanine derivative bearing two acetylene groups with azide-substituted coumarins and biotins via "click chemistry" catalyzed by Cu(I). The resulting conjugates containing biotin moieties can strongly interact with biotin receptors overexpressed in the tumor cells, leading to their specific localization on the tumor cells. As a result, the conjugates will exhibit a highly selective treatment to tumor tissue over normal tissue and a synergistic effect of combination of photodynamic therapy and chemotherapy will be observed. The basic photo-physical and -chemical properties of these conjugates, including optical stabilities, aggregation behaviors and singlet oxygen generation efficiency will be investigated in aqueous solution. The cellular uptakes and photodynamic activities of all these conjugates on HepG2, HT29, MCF-7, Hela and A549 cancer cells, and HELF normal cells will also be explored. The structure-activity relationships of these anticancer drugs will be revealed by analysis and comparison of all these data. By this study, it is expected to establish the methods of synthesis and purifications for biotin-phthalocyanine-coumarin conjugates; it is also expected to offer a paradigm for both targeted treatment and combination of photodynamic therapy and chemotherapy, which is very significant for both theoretical study and practical application.

提高光敏剂的靶向性和增强光动力治疗与化疗的协同作用是光动力治疗领域研究的焦点。本项目拟通过Cu（I）催化的"点击化学"将化疗药物香豆素和"靶向配体"生物素逐步共价键连到双炔基功能化的酞菁环上，制备一系列兼具靶向、光动力治疗、化疗特性的轭合物。该轭合物中的生物素基元能与肿瘤细胞表面过度表达的生物素受体强烈作用，从而实现药物在肿瘤组织中的特异性摄取，同时提高光动力治疗和化疗的选择性，并增强二者之间的协同作用，以达致提高治疗效果，降低副作用的目的。研究这些轭合物在水溶液中的基本光物理化学性质，包括光学稳定性﹑聚集状况和产生单线态氧的能力，探索这些轭合物对人癌细胞HepG2﹑HT29、MCF-7、Hela、A549和正常细胞HELF的摄取率﹑体外抑制活性。分析比较这些数据，将能揭示这些轭合物的构效关系。该研究将为开发高效、低毒抗癌药物提供新的思路，具有十分重要的理论指导意义和实际应用价值。

提高光动力治疗（PDT）和化疗的选择性，并实现二者的协同增效，能有效解决当前肿瘤治疗效果不理想，副作用大的问题。基于此，本项目通过“点击化学”等方法合成了生物素-酞菁-香豆素、他莫昔芬-酞菁、葡萄糖-酞菁和生物素-氟硼二吡咯等4个系列的抗癌轭合物，并研究了其光物理、光化学和光生物性质。主要研究结果如下：（1）生物素的引入提高了酞菁光敏剂在人乳腺癌细胞MCF-7中的选择性摄取和肿瘤组织的富集，相应地其细胞内ROS产生能力和光动力活性显著提高；香豆素的引入，使得光敏剂具有暗毒性，在光照条件下，生物素-酞菁-香豆素轭合物实现了靶向PDT与化疗的协同作用，能有效地杀死癌细胞和抑制肿瘤生长；考察Linker对靶向PDT-化疗协同作用的影响，发现当生物素、香豆素与酞菁环之间的Linker为四乙二醇链（即n=4）时，能最大限度提高药物的治疗效果和靶向性。（2）他莫昔芬的引入，提高了酞菁光敏剂的靶向性，同时也实现了PDT和分子靶向治疗的双重效果，在无光照的条件下，相比他莫昔芬，轭合物具有更高的毒性，在相当低的光计量辐射下（1.5 J/cm2），其对MCF-7细胞具有强的杀伤作用，IC50值低至0.02 μM，考虑其结构因素，当他莫昔芬与酞菁锌之间的链接体为三乙二醇链（即n=3）时，能最大限度提高药物的治疗效果和靶向性。（3）葡萄糖的引入不仅提高了光敏剂的水溶性，也显著地提高了光敏剂的选择性，其对MCF-7 细胞表现出了高的光毒性，IC50可低至0.032 μM（1.5 J/cm2）。（4）竞争摄取实验证实生物素受体过度表达的A549细胞对生物素-氟硼二吡咯轭合物的摄取受游离生物素的抑制，这表明细胞对轭合物的摄取主要通过生物素受体介导完成；相比对照物，轭合物具有更强的细胞内ROS产生能力和光动力活性。该研究对探索、发现新的高效、低毒抗癌药物具有理论指导意义和实际应用价值。