Aggregate.:聚集诱导发射小分子用于癌症诊断和光疗
光疗由于其革命性的传统癌症**策略的巨大潜力而获得了持续的关注。虽然将光敏剂（PSs）整合到纳米系统中是构建光*疗系统常用的策略之一，但纳米光敏剂面临的挑战包括制备过程的复杂性、低传递效率和潜在的毒性问题。相比之下，以聚集诱导发射（AIE）为特征的小分子PSs在癌症光疗领域的迅速普及已经变得明显。其结构明确，光物理性质可调节，毒性低。因此，深入了解单独小分子PSs与AIE在肿瘤光疗中所取得的开创性进展具有重要的科学意义。本文将以具有AIE特性的小分子PSs在癌症诊断和光*疗中的进展为指导，以具有代表性的例子进行综述。
瘤识别与影像引导*疗
线粒体与正常细胞相比，癌细胞膜的渗透性和线粒体膜电位更高，因此可以通过带正电的探针有效地靶向癌细胞的线粒体。将供电子的甲氧基引入线粒体靶向的异喹啉（IQ） AIEgen中，得到TPE-IQ- 2o，其中TPE代表四苯基乙烯。TPE-IQ-2O可以根据线粒体数量和膜电位的差异区分癌细胞和正常细胞。TPE-IQ-2O与HeLa细胞和COS-7细胞在相同条件下孵育。HeLa细胞线粒体结构清晰可见，呈黄绿色荧光。然而，在COS-7细胞中未观察到明显变化。值得注意的是，即使在正常细胞和癌细胞混合的情况下，探针也可以在10分钟内选择性地靶向并照亮癌细胞。双光子（TP）激发是光动力*疗（PDT）的一种替代工具，它使用NIR-I区域（700-900 nm）的低能量入射光进入更深的组织，对健康组织的光损伤比较小。此外，TP-PDT具有更好的空间精度。庄等以D -π-A为骨架，设计合成了TTPM和TPPM两种新型TP化合物。这两个分子由一个π-单位连接，包括一个供电子的三苯胺（TPA）部分，增加AIE效应和一个接受电子的吡啶部分，被认为是线粒体特异性靶向位点。TPPM和TTPM具有高达290倍的发射增强和分别为303和477 MG的TP吸收截面，以聚集形式产生亮黄色或亮橙色荧光，具有TP成像的潜力。TPPM和TTPM不仅可以利用荧光信号成功定位HeLa细胞的线粒体，还可以在800 nm照射下，通过TP组织成像在深度达150µm的情况下观察小鼠的肝脏和肾脏。此外，它还可以通过肿瘤特异性酶来区分正常组织和肿瘤。亮氨酸氨基肽酶（Leucine aminopeptidase， LAP）是一种重要的外肽酶，专门水解多肽的n端亮氨酸残基。特别是LAP被认为是卵巢上皮性恶性肿瘤、肝细胞癌、乳腺癌等癌症的生物标志物，在诊断或预后方面具有临床意义。Wu等首次在TPE支架上加入L-Leucine amide （Leu）和diphenylamine （DPA）基团合成了DPA - TPE -Leu。这使得LAP在异种移植肿瘤和活细胞中的传感和成像成为可能。LAP在细胞中的过表达导致探针中的Leu基团水解，通过1,6消除反应将DPA-TPE-Leu迅速转化为DPA-TPE-OH。随后的疏水到亲水的变化导致聚集成纳米颗粒，导致荧光发射和高灵敏度。10µM DPA-TPE-Leu处理HepG2细胞0.5 h后，绿色荧光明显增强。在荷瘤小鼠体内实验中，肿瘤区域也出现了强荧光。
肿瘤血管造影
血管造影越来越多地用于诊断与血管畸形相关的疾病，因为血管生成预示着肿瘤的发展。为了提高治愈率，基于血管造影的早期发现和*疗癌症至关重要。肿瘤血流不均匀性增加、血管扩张、血管弯曲、血管渗漏、结构和功能异常是肿瘤血管常见的特征。荧光成像技术的出现可以对肿瘤和血管进行无创成像，有助于临床对肿瘤的诊断和*疗。近红外荧光成像通过减少光散射、光子吸收和组织自身荧光，提供高空间分辨率和深层组织穿透。因此，近红外生物成像主要用于血管和深部组织肿瘤的无创可视化。Wang等人研究了一种带正电的两亲性有机化合物，其供体(D) -受体(a) -π-A结构为ADB，可实现线粒体和溶酶体的双靶向TP成像。ADB可内化并定位于细胞的溶酶体和线粒体，在近红外激发下发出红色荧光，荧光在肿瘤体内可维持近96 h。同时也可用于对裸鼠肠系膜血管进行体内TP荧光。同时，还可对裸鼠体内肠系膜血管进行TP深度成像和时间序列荧光成像，可清晰显示深度达153µm的肠系膜血管网络。
细胞膜靶向探针
目前，构建靶向细胞膜药物的方法之一是利用细胞膜脂质双分子层的特性（包括两亲性或负电荷）调节阳离子磷脂亲和力。焦亡，程序性细胞死亡（PCD）的一种形式，已被确定为*疗癌症的一个有前途的途径。焦亡是由炎性小体和caspase-1诱导的一个过程，该过程裂解气皮蛋白- d （GSDMD）并释放气皮蛋白- n结构域（N-GSDMD），这些结构域可转移到细胞膜上形成孔，导致细胞肿胀、破裂，死亡。[104,105]鉴于此，Wu等人开发了三种不同阳离子链数量的膜靶向ae - PSs TBD-R。这些PSs均以乙氧基取代的TPE为电子D，苯并噻唑和二氰乙烯基为电子A，苯基为π桥，分别具有1、2或3个亲水阳离子侧链。这些PSss中的TBD结构提供了出色的PDT性能，而阳离子悬垂基团提供了精确的膜靶向能力。此外，随着阳离子悬垂基团数量的增加，膜靶向能力也随之提高。TBD-3C已被确定为比较佳的膜锚定PSs，对癌细胞的消融效果比较高。正如预期的那样，TBD-3C强大的膜锚定能力可以在细胞膜上直接产生活性氧（ROS），导致细胞膜破裂，乳酸脱氢酶释放，随后通过GSDMD释放促炎细胞因子，从而诱导细胞热亡。该策略是首次使用PDT诱导癌细胞焦亡，同时确保无创性和轻微的副作用。受到这个PSs的启发，Wang等人继续探索tbd - 3c介导的PDT抑制肿瘤的能力。尽管有许多关于pdt诱导的细胞焦亡的报道，但很少有关于将pdt诱导的细胞焦亡用于癌症免疫*疗的报道。研究小组通过研究发现，TBD-3C不仅具有卓越的癌细胞膜靶向效率和精确的光控细胞焦亡激活能力，而且还能激活机体内的**免疫反应。这导致了抑制TME的成功逆转，并增加了抗原呈递细胞的成熟和T淋巴细胞的浸润。该研究为肿瘤免疫*疗打开了一扇窗。Niu等人设计了一种膜靶向阳离子PSs TBMPEI。该PSs不仅选择性地在细胞膜上积累，还可通过光照诱导脂质过氧化，导致坏死细胞凋亡，并在*疗过程中有效促进DNA降解，阻碍细胞分裂或肿瘤侵袭。Wang等人设计并制备了一种近红外发射的水溶性AIEgen TTVP。将电子D-A结构段与亲水性段结合成螺旋桨状分子结构，得到水溶性近红外AIE发色团（TTVP分子）。由于亲水性吡啶盐和铵盐碎片，TTVP分子具有很强的水溶性。它可以特异性地“点亮”细胞膜，而无需参与洗涤程序。在加入TTVP几秒钟后，通过在室温下摇动培养物就可以实现超快染色。水溶性和AIE特性的协同作用使TTVP能够在超快染色过程后使用留置程序特异性和一致性地对质膜进行染色，同时与细胞背景具有出色的图像对比度。除了在细胞成像方面的应用外，TTVP也被证明是ROS生成中的强大PSs，能够利用PDT探索癌细胞消融。结果表明TTVP在PDT应用中具有**的效率，因为即使暴露在白光辐射下，低剂量的TTVP也几乎可以杀死癌细胞。当与近红外荧光发射相结合时，光控癌细胞死亡使TTVP成为成像引导PDT的一个引人注目的选择。此外，由于TTVP具有较长的吸收和发射波长，因此可以用于体内成像，这将有助于产生具有较长发射波长的水溶性AIEgens，用于肿瘤*疗。
线粒体靶向探针
TPE-IQ是一种线粒体靶向iq的AIEgen，具有PDT。由于TPE-IQ的吸收范围，在紫外线范围内对正常组织有一定的影响。因此，研究人员改进了TPE- iq的分子结构，将─OCH3掺入TPE芯中，形成TPE-IQ-2O。鉴于此，Zhou等人利用TPE-IQ-2O基于线粒体膜电位的差异性来区分癌细胞和非癌细胞的能力，设计了一种针对视网膜母细胞瘤的靶向PDT方法。这一策略是首次使用AIE小分子*疗眼癌。玻璃体内给药目前被认为是一种高度接受的*疗方法，因为它能够有效地绕过血视网膜屏障并在视网膜区域达到*疗有效的药物浓度。在这项研究中，研究人员使用玻璃体内注射tpe - iq - 20进行*疗。*疗后小鼠眼球透明度增加，白色云样团块减少，炎性因子表达减少，血管不规则性减少，视觉功能恢复良好。其中，视网膜内 ller细胞的主要标志物GFAP显著降低。这一策略为临床眼部疾病的有效*疗提供了非常有效的策略。青蒿素（ART）是一种从一年生蒿（青蒿）中提取的天然化合物，因其抗疟疾特性而得到广泛认可。近期的研究也强调了ART类似物在***作用方面的潜力，包括抑制细胞增殖和血管生成，提高细胞氧化应激和诱导细胞凋亡。tetraphenythenethiophene (TPETH) -Mito-1ART，一种用于肿瘤细胞线粒体共递送ART的AIE PSs。与正常细胞相比，该探针对癌细胞具有高特异性，并且在线粒体内具有显著的积累和荧光激活。线粒体中新鲜血红素的产生迅速激活ART产生化疗，而光照射导致ROS的直接产生，有效地增强了PDT的性能。该方案中ROS的产生可以控制在与激光束焦平面对应的可控区域内，既可以*疗组织中的目标病理部位，又不会损伤周围的健康组织，有利于图像引导的PDT。目前，由于转子结构共轭能力较差，一些AIE - PSs在紫外或可见光范围内激发波长较短，难以实现单光子近红外激发。这一限制限制了它们在浅层疾病*疗中的应用，并且它们*疗深部实体肿瘤的能力仍然缺乏。因此，使用两个近红外光子来代替单个可见光光子来激发TP在PDT中得到了广泛的推广。为了改善TPE- iq - 2o的低TP吸收率，在TPE结构中引入TPA基团，设计了AIE小分子（IQTPA）。IQ-TPA表现出良好的线粒体靶向能力，在450 nm白光照射和900 nm TP激发下可实现荧光成像和ROS生成，诱导线粒体损伤和线粒体依赖性细胞凋亡。另一种常用的亲脂性阳离子基团是吡啶基团，吡啶基团也广泛用于构建靶向线粒体的ae - PSs。设计了一种新的线粒体靶向AIE-PSs，通过分别连接TPA和吡啶阳离子单元来推动和拉电子。考虑到线粒体在迁移过程中的重要作用，研究人员发现TTTP孵育24 h后，三阴性乳腺癌（triplennegative breast cancer， TNBC）细胞的迁移受到浓度依赖性抑制。进一步的机制研究表明，TTTP在线粒体内的积累导致ROS的产生，ROS直接损伤线粒体膜，进而激活细胞凋亡信号通路。该过程可降低抗凋亡蛋白Bcl-xL的表达，增强促凋亡蛋白Bax的表达。在体内实验中，TTTP用于MDA-MB-231细胞和BALB/c小鼠肝脏的TP-PDT。TTTP +照射组肿瘤明显缩小。[123]免疫原性细胞死亡（ICD）也是凋亡细胞死亡的一种形式，为当代癌症免疫*疗提供了重要的理论意义。AIE PSs，被称为TPE-DPA-TCyP，具有独特的扭曲分子结构。它的特殊能力是在癌细胞中有效诱导集中的线粒体氧化应激，这已被确定为在癌细胞中诱导大量和广泛的icd的有效方法。
溶酶体靶向探针
Pan等设计了一种易于制备的探针SIN，该探针仅以BZT-TPA为核心结构，不需要对靶向官能团进行任何修饰，即可靶向肿瘤细胞中的溶酶体。此外，与其他pH响应溶酶体探针相比，SIN在溶酶体靶向后不会改变内部pH。研究人员发现，这种精确的溶酶体靶向能力可能归因于吩噻嗪的结构，吩噻嗪上的硫也可能通过分子间相互作用与溶酶体膜中某些蛋白质的S残基相互作用。对粘度和酸度的双重响应使得SIN在癌症**中表现出**的PDT性能。此外，溶酶体也是细胞自噬的重要细胞器，自噬是细胞的主要降解机制。自噬可以通过溶酶体降解细胞内的各种有害物质。在自噬过程中，细胞将需要降解的物质包裹成囊泡，然后将这些囊泡融合到溶酶体中，由溶酶体内部的水解酶降解。Zhang等人提出了将自噬激活的PSss与广谱癌症饥饿*疗相结合的新策略。他们构建了一种荧光PSs (TPAQ和TPAP)，利用饥饿*疗期间癌细胞的高水平自噬，激活自噬并选择性地消除肿瘤细胞。当癌细胞在饥饿条件下进行保护性自噬时，溶酶体中的pH值降低，部分弱碱性TPAP和TPAQ分子从ld迁移到溶酶体中，导致光驱动ROS产生的激活和大红移发射。过量的ROS可引起溶酶体膜渗透，阻断保护性自噬，导致细胞凋亡和死亡。在三维肿瘤球体芯片中，通过肿瘤饥饿*疗和tpaq诱导的PDT相结合，肿瘤被成功消除。联合*疗可有效提高肿瘤*疗效率。例如，使用化疗可以弥补PDT的光依赖性。TPE-QC是由一种活性的AIE-PSs（四苯基乙二醇羟乙基喹啉）、一种***药物（氯霉素）和一个酯链组成。TPE-QC的光敏性和荧光性被有效抑制，但酯基在酯酶存在下可选择性水解，释放TPE-QO和氯霉素，实现荧光成像、PDT和化疗。由于肿瘤细胞中酯酶表达水平升高，TPE-QC可以在癌细胞中选择性激活，恢复的荧光可以实时跟踪TPE-QC的激活过程。TPE-QC可以通过能量依赖性内吞作用进入细胞，被动靶向溶酶体。同时，它可以通过静电相互作用在线粒体中积累，从而增强其对癌细胞的*疗作用。实验表明，TPE-QC具有显著的TME激活能力，可通过PDT与化疗的协同作用有效抑制肿瘤生长。Chen等人通过简单的反应-底物调节，将各种供电子/吸电子或位阻基团引入缺电子的IQ核心，合成了三种新型的tpe -IQ基AIEgens TPEIQ-O、TPE-IQ-CN和TPE-IQ-TPA。在光照射下，所有三种AIEgens都表现出强大的癌细胞杀伤能力，这是由它们产生的ROS促进的。值得注意的是，TPE-IQ- o表现出与TPE-IQ和TPE-IQ- 2o相似的靶向线粒体的独特能力，而TPE-IQ- cn和TPE-IQ- tpa表现出对溶酶体靶向的偏好。三种AIEgens不同的暗细胞毒性归因于其靶向部位的差异。
文献来源：
https://doi.org/10.1002/agt2.657