内容提要
本研究报道了一种新型的超分子活化光敏剂，该光敏剂利用cucbit b[7] （CB[7]）来调节具有α-萘基侧臂（Naph-α-TCy5）的硫-五甲基菁染料的J聚集体和单体状态，从而在关闭状态之间切换其光敏性。主客体配合物Naph-α-TCy5-CB[7]是一种在水溶液中具有优异发光性能的笼型光敏剂。肿瘤细胞内多胺可通过竞争的主客体络合作用有效激活；那么恢复的j -聚集体Naph-α-TCy5可以有效地生成单线态氧。最终，超分子活化的Naph-α-TCy5-CB[7]在体内表现出明显的抗肿瘤生物活性。
实验结果与讨论
我们合成了两种TCy5染料Me-TCy5和Naph-α-TCy5，它们具有不同的副臂片段。Me-TCy5的吸收集中在573 nm处。随着Naph-α基团的引入，在584和647 nm处观察到两个主峰，摩尔消光系数分别高达3.49 × 104 M−1和2.17 × 104 M−1，这有利于近红外光的捕获。根据花青素染料的化学性质，双峰吸收红移可能是由Naph-α-TCy5的J聚集引起的。为了进一步确定J聚集的真实性，我们在水中进行了温度依赖性的Naph-α-TCy5紫外-可见吸收实验。从图中可以看出，Naph-α-TCy5在647 nm处的峰随着温度的升高逐渐减小，在80℃时完全消失，说明J聚集体发生了解离。此外，随着温度的降低，吸收恢复到原来的状态。同时，即使在水中低至100 nM， J聚集也不受浓度的影响，说明Naph-α-TCy5的分子间相互作用相当强。侧臂上的Naph-α基团可以有效地诱导TCy5的J聚集，而不需要额外的盐。
为了研究主客体相互作用对Naph-α- tcy5光物理性质和J聚集态的影响，我们采用了经典的大环宿主，如CB[7]、CB[8]、α-环糊精和β-环糊精。结果表明，只有CB[7]才能有效地实现TCy5 j -聚集体的解离。随着CB[7]的加入，Naph-α的质子信号发生了上移，表明Naph-α部分被封装在CB[7]的空腔中。此外，质谱测定的摩尔比为1:1，在水中的结合常数高达3.9 × 106 M−1。加入CB[7]后，水相颜色由蓝色变为紫色。在定量上，以647 nm为中心的峰逐渐消失，光谱呈现蓝移，表明萘α- tcy5 j -聚集体发生了解离。在此过程中，荧光强度明显升高。绝对荧光量子产率逐渐增加到19%。Naph-α-TCy5-CB[7]的主客体配合物在水溶液中是一种高效发光团，甚至高于可溶于水的Cy5/Cy7。Naph-α-TCy5-CB[7]的J聚集体可以被CB[7]显著解离，形成主客体配合物Naph-α-TCy5-CB[7]，对激发态产生了巨大的影响，高结合亲和力保证了Naph-α-TCy5-CB[7]具有良好的稳定性。
为了研究J聚集是否对能量耗散有影响，对TCy5染料在水中的三重态性质进行了评价。选择ABDA作为1O2指标。从紫外/可见吸收光谱可以看出，随着近红外光剂量的逐渐增加，与Naph-α-TCy5混合的ABDA吸收峰迅速下降，而Naph-α-TCy5- cb对ABDA没有光漂白作用。以RB作为1O2量子产率的标准（ΦΔ(RB) = 75%），确定Me-TCy5、Naph-α-TCy5和Naph-α-TCy5- cb[7]的ΦΔ分别为0%、89%和0%。Me-TCy5和Naph-α tcy5之间的显著差异启发我们研究Naph-α组的贡献。在560 nm脉冲激光激发下，对水中的Naph-α-TCy5和Me-TCy5进行了纳秒瞬态吸收光谱分析。在去氧水中，Naph-α-TCy5在610 nm处的激发态吸收持续时间长达微秒，其寿命为6 μs。其正激发态吸收比MeTCy5强，表明Naph-α-TCy5更能牢固地填充三重态。这些结果表明，Naph-α基团可以通过将TCy5转化为高效光敏剂（Naph-α-TCy5）诱导J聚集。此外，Naph-α-TCy5与CB结合可完全抑制其生成1O2的能力，同时形成笼化光敏剂Naph-α-TCy5-CB。
由于nph -α-TCy5-CB[7]作为笼型光敏剂，我们想知道它是否可以被生物标志物激活用于光动力治疗。多胺是一种多阳离子和脂肪族分子，参与大量重要的细胞过程，包括染色质结构、蛋白质合成和离子通道功能的调节。癌细胞需要持续的、高水平的细胞内多胺库来维持持续的增殖因此，高浓度的多胺是一种癌症生物标志物。因此，我们采用精胺、尸胺、酪胺、2-苯基乙胺等多种多胺来检测nph -α-TCy5-CB[7]的激活作用。我们以精胺为例。等量精胺可有效释放CB[7]腔内的Naph-α-TCy5。精胺与CB[7]之间较高的结合常数为1.61 × 108 M−1，通过竞争的主客体络合作用再生J聚体。接下来，我们以DCFH-DA为指标，在细胞内测量再生的Naph-α-TCy5的ROS生成特性。轻度近红外光照射后，HepG2中DCFH的荧光强度急剧增加，是BEAS-2B的5.48倍。因此，Naph-α-TCy5- cb[7]可以被癌细胞中高浓度的多胺激活，从而再生出具有ROS生成能力的Naph-α-TCy5 j -聚集体，是一种很有前景的可激活光动力治疗药物。
受癌细胞中ROS生成的启发，我们进一步评价了Naph-α-TCy5-CB[7]的抗癌活性。用共定位荧光成像技术研究了Naph-α-TCy5-CB[7]在细胞中的定位。如图所示，Naph-α-TCy5-CB[7]位于内质网（ER）。在内质网中激活萘α- tcy5 - cb[7]可导致GRP78表达上调，表明笼型光敏剂已被激活并破坏内质网的功能，诱导细胞死亡。采用3-[4,5-二甲基噻唑-2-基]-2,5-二苯基溴化四唑测定法定量研究了Naph-α- tcy5 - cb[7]的杀瘤作用。与Naph-αTCy5-CB[7]在黑暗中孵育后，细胞存活率较高，表明Naph-α-TCy5-CB[7]具有良好的生物安全性。经过温和的近红外照射后，Naph-α-TCy5-CB[7]对HepG2细胞表现出良好的抑制效果，半数抑制浓度（IC50）低至0.5 μM，是NCM460细胞（IC50 = ~ 8 μM）的十六分之一。上述结果表明，近红外照射下，癌细胞可有效激活笼型光敏剂Naph-α-TCy5-CB[7]，从而选择性抑制癌细胞增殖。
总结
我们构建了一种超分子可激活的光敏剂 Naph-α-TCy5 - CB，其在光动力疗法中具有较高效率。将 Naph-α 基团连接到 TCy5 的侧链上，是一种无需额外盐类即可触发 J聚集的新方法，最终将 TCy5 转变为一种高效的光敏剂（Naph-α - TCy5）。当 Naph-α 基团与 CB 发生络合时，Naph-α - TCy5 的光敏作用被完全猝灭，从而形成笼状光敏剂 Naph-α - TCy5 - CB 。多胺可以通过竞争性主客体络合作用激活 Naph-α - TCy5 - CB [7]，释放出 J 聚集体 Naph-α - TCy5，后者能够高效地产生单线态氧（1O2）。此外，Naph-α - TCy5 - CB 在体内能够显著抑制肿瘤生长，且具有良好的生物相容性。
参考文献
A Supramolecularly Activatable Photosensitizer: Controllable Cyanine J-Aggregation for Efficient Photodynamic Therapy,He Ma*, Weiquan Xu, Xingchen Tang, Yushen Kang, Jiang-Fei Xu & Xi Zhang*,CCS Chem. 2025,https://doi.org/10.31635/ccschem.024.202405042
