近红外光控释卟啉-核苷类前药的设计合成及双靶标抗癌作用机制的研究

Currently, in the binary system of porphyrin-anticancer drug, the anticancer drug cannot be released from the system. In view of the shortcoming, this project intends to build a photo-triggered drug release system of porphyrin - nucleoside prodrug based on o-nitrobenzyl photo-triggered groups: porphyrin serves as photodynamic therapy unit and NO donor, o-nitrobenzyl-nucleoside antimetabolite act as photo-triggered release chemotherapy unit; the two units are connected by covalent binding to form a photosensitizer prodrug that can selectively target cancer cell. Through regulating the o-nitrobenzyl conjugated structure, the project explores the intrinsic relationship between two-photon absorption cross section of the photo-triggered groups and photolysis efficiency, so that can provide theoretical guidance for the photo-controlled drug release in the near-infrared region. Near-infrared light activate anticancer activity of chemotherapeutic drug while drive porphyrin photosensitizer to generate toxic 1O2 and NO to cancer cell, which achieve the photo-controlled and dual-target combination therapy. Using two-photon excitation technology, the project systematically studies the cooperative effect of dual-target and multiple mechanisms, and assesses the efficacy of the anticancer prodrug system. These studies will provide new ideas in the development of anti-tumor drug and also promote the application of photodynamic chemotherapy treatment method in the practical cancer therapy.

针对目前在卟啉-抗癌药物的二元体系中，抗癌药物不能释放的缺点，本项目基于邻硝基苄基光扳基团拟构建一个卟啉-核苷类光控释的前药体系：以卟啉为光动力治疗单元及NO供体，以邻硝基苄基-核苷类抗代谢药为光控释的化疗单元，两个单元通过共价耦联连接成具有选择性识别癌细胞的光敏剂前药。通过调控邻硝基苄基的共轭结构，探索光扳机基团的双光子吸收截面与光解效率之间的内在联系，为近红外区域有效的光控释药提供理论的指导意义；近红外光在激活化疗药物抗癌活性的同时又能驱动卟啉光敏剂产生1O2和NO细胞毒性分子，实现双靶标的光控性的联合治疗。运用双光子激发技术，系统地研究双靶点、多机制的协同效应，评估这一前药体系的抗癌疗效，为研究开发新型抗肿瘤的药物提供新思路，也将推动光动力联合化疗的治疗模式在实际肿瘤治疗中的广泛应用。

前药的开发在药理学的发展中正变得越来越重要。前药的一个重要优势是其可追溯性，因为直接实时监测药物到达的位置可以提供药物即时的疗效，这是减少在治疗中不必要副作用的基础。光控释药是前药释放母体药物的一种外界刺激响应方式，其基本原理就是药物的活性基团被光扳机(Phototrigger)基团键连后失去了本身的活性，从而得到该药物的前药，而光扳机基团是一类对光敏感的光响应基团，可吸收一定波长的光进行剪切并释放出与之化学键连的母药。光控释药可以实现时间和空间上的二维可控，表现出比其它释药体系更高的可控性。这种独特优势使光控释药在小分子的前药设计及纳米微载体的应用上获得了巨大的关注。特别是以光控的方式释放药物同时又可以诱导荧光发射，这样的前药在继承母药的细胞毒性的同时又展现了成像功能，这类前药是目前有希望实现诊疗一体化的一类多功能药物。.钌（II）配合物在可见光激发下光诱导下促进配体解离，解离产物可引起与顺铂类似的DNA共价键连活性。这些基于Ru（II）的前体药物具有低的细胞毒性，而光活化后又比传统顺铂类抗癌药物疗效更高。到目前为止，兼具光诱导药物释放，定量示踪和低暗细胞毒性的前药模型很少，特别是基于配合物的前药模型的研究仍相当匮乏。由此我们建立了一个光响应的光解释药的模型RuEuL，并结合荧光光谱、高效液相色谱（HPLC），质谱法，DNA结合实验，细胞毒性研究和动物试验研究了这个光解释药过程及诊疗效果。研究表明RuEuL前药在488nm光激发下能有效释放Ru（bpy）2(H2O)2 分子，而凝胶电泳实验也证实释放的Ru（bpy）2(H2O)2能有效与DNA结合。经实验测得此前药光照下的IC50达到~32.5μM，光疗指标PDI达到8.5。这个前药模型将为金属配合物药物的靶向输送，多功能的可视化一体治疗提供一定的实验依据和理论基础，为增强金属配合物药物的疗效及应用，降低其副作用等抗肿瘤方面的临床应用开辟新的思路和途径。.