内容提要
光动力疗法(PDT)作为一种非常强大和有前途的治疗癌症的方法，最近已经走到了最前沿。现有的光敏剂主要针对不同的生物分子，包括蛋白质、DNA、脂质和碳水化合物，并已被证明可以大大提高PDT的功效或特异性。然而，值得注意的是，专门设计用于靶向RNA的光敏剂明显缺乏。认识到RNA在各种细胞过程和疾病状态中发挥的重要和多方面的作用，我们开发了一种新的RNA靶向光敏剂，命名为Se-718，专门用于基于PDT的癌症治疗。Se-718在近红外区域具有较高的摩尔吸收系数，这对有效的PDT至关重要。Se-718在圆二色性和荧光实验中都表现出了明显的RNA靶向能力。Se-718已被证明具有I型和II型光动力学性质。这种独特的特性使其能够在广泛的氧气条件下有效杀死癌细胞，包括常氧(21% O2)和缺氧(2% O2)。Se-718的IC50可低至100 nM，其明暗毒性比高出215倍，优于目前可用的大多数光敏剂。此外，对荷瘤小鼠的体内研究表明，Se-718具有良好的抗肿瘤作用和较高的安全性。考虑到Se-718出色的PDT疗效 RNA靶向光敏剂的开发可能在不久的将来为癌症治疗提供创新和高效的选择。
O-698、S-696和Se-718设计和光物理性质研究
我们将苯并[c,d]吲哚与苯并[c][1,2,5]恶二唑通过单亚甲基桥接得到O-698，这是一种既能靶向RNA又具有近红外吸收特性的发色团。我们加入了硒以提高系统间交叉过程效率，促进PDT过程中ROS的产生。因此，我们用硒取代了O-698的苯并[c][1,2,5]恶二唑部分的桥接氧原子，生成了Se-718，这是一种具有良好PDT性能的化合物。通过紫外-可见吸收和发射光谱来研究O-698、S-696和Se-718在不同溶剂中的吸收和荧光特性，这三种化合物在所有测试溶剂中都表现出550 - 750 nm范围内的强吸光度。O-698在728 nm处表现出显著的最大发射。而S-696和Se-718在736 nm和744 nm处最大发射，荧光强度相对较低。与许多ps具有疏水性和在水溶液中溶解度有限的特点相反，Se-718具有显著的溶解度，并且在水中不聚集。Se-718在含有各种干扰物质和不同ph值的溶液中也表现出很高的稳定性。此外，当暴露在相同条件下的光下时，Se-718比常用的ps(如Chlorin e6)表现出更好的光稳定性。
光动力反应机理
在功率密度为30 mW/cm2的692 nm LED光源下，使用1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)测定Se-718产生ROS的能力。重要的是，该LED光源的半最大宽(fwhm)为20 nm，可以认为是单色的在Se-718照射1 min后，DPBF对应的417 nm处吸光度降至0.04，表明ROS的快速高效生成。同时，我们观察到Se-718 (1.0 μM)的ROS增加与激光功率密度(30 ~ 90 mW/cm2)有明显的相关性。此外，Se-718在718 nm处的吸光度保持不变，表明Se-718在ROS中具有良好的稳定性。接下来，我们研究了Se718在细胞中产生ROS的能力。采用2 '，7 ' -二氯二氢荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)作为ROS指标进行细胞ROS测定。用Se-718 (1.0 μM)处理HeLa细胞，692 nm LED光照射5 min，用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)检测DCF的荧光强度。Se-718处理细胞的DCF荧光强度明显高于阴性对照细胞(未光照Se-718)。这些结果表明Se-718具有较高的光动力活性，能够有效诱导细胞中ROS的生成，这与其在溶液中产生ROS的能力是一致的
RNA-Targeting能力
我们研究了O-698、S-696和Se-718的RNA靶向能力。我们首先用CLSM监测了PSs在细胞中的细胞摄取和亚细胞定位。O698, S-696和Se-718在细胞中都显示出荧光，表明所有化合物都被HeLa细胞快速有效地内化。然而，由于大kISC, Se-718的荧光较O-698明显降低，不适合细胞成像研究。考虑到O-698和Se-718化学结构的相似性，我们以O-698作为代表进行后续的细胞共聚焦显微成像研究。虽然O-698带正电荷，但它与MitoTracker Green的共定位很差，皮尔逊相关系数(Pr)为0.47。这一结果表明O-698不靶向线粒体。同样，O-698与Hoechst 33342、LysoTracker Green、ER Tracker和Golgi Tracker的共定位效率较低。O-698在细胞质和核仁区的分布较为明显。这种定位与RNA在细胞内的分布模式一致，表明O-698选择性靶向核核和细胞质中的RNA。随后，我们使用已报道的RNA靶向荧光探针E36 25作为RNA选择性染料进行共定位研究。O-698与E36有很好的重叠，Pr为0.96，表明其具有较强的RNA靶向能力。
硒-718在常氧和低氧环境下的光毒性
为了评估O698、S-696和Se-718的细胞毒性，在4T1细胞中进行了标准MTT试验。O-698、S-696和Se718在黑暗条件下表现出较低的细胞毒性。然而，在光照条件下观察到细胞毒性的实质性差异。O-698具有较低的光毒性，IC50为14.4±1.75 μM。S-696的光毒性约为2.6±0.44 μM。对于Se-718，其光毒性IC50低至0.1±0.03 μM，表明其在PDT.30中具有良好的效价。更重要的是，Se-718的光毒性指数(PI, IC50(暗)/ IC50(光))高达215倍，超过了大多数报道的PSs.31考虑到Se-718具有突出的光毒性和较低的暗毒性，我们在后续的细胞光毒性研究中重点研究了Se-718。通过JC-1实验验证了Se-718诱导细胞死亡的能力，表明与对照组相比，Se-718显著增加了线粒体膜电位(MMP)损伤。在便携式缺氧培养箱中，在常氧(21% O2)和缺氧(2% O2)环境下研究光敏效果(图S21)。首先，钙素- am和碘化丙啶(PI)染色分别显示活细胞和死细胞。4T1细胞成像结果显示空白和Se-718无光照射组Calcein-AM呈绿色荧光，表明无论在常氧还是缺氧条件下，大部分细胞都保持健康状态。
体内抗肿瘤疗效研究
为了研究Se-718在体内的抗肿瘤作用，采用4T1细胞建立荷瘤小鼠模型。如图所示，在PDT前7天将4T1细胞植入小鼠模型。随后，所有小鼠均接受单剂量注射和单次光照治疗，除非另有说明。将小鼠分为单独PBS、PBS有光照射、Se-718无光照射和Se-718有光照射。随着时间的推移，肿瘤体积的监测显示，Se-718 +光处理组的肿瘤在光照射(50 μM, 50 mW/cm2, 10 min, 30 J/cm2)后停止生长。14天后，光照射Se-718组肿瘤体积明显小于其他组，表明肿瘤得到了有效的抑制生长。与此同时，其他各组小鼠的肿瘤体积均呈现快速增长。14天后肿瘤的相对体积增加了10倍，说明单独照射或Se-718对肿瘤生长的影响可以忽略不计。
总结
我们成功地开发了一种创新的RNA靶向PS, Se-718，专门设计用于癌症治疗的PDT。硒-718在近红外区域具有较高的摩尔吸收系数。考虑到该区域在医学成像和治疗领域的重要性，这是一个关键因素。进一步增加其令人印象深刻的轮廓，Se-718显示了I型和II型光动力特性。通过一系列科学分析，如荧光和EPR实验，严格验证了这些特性。这大大拓宽了Se-718的潜在应用范围。利用先进的计算化学技术进行了全面的研究，以了解Se-718潜在的强光毒性机制。这些调查的结果是有见地的，并对我们对这种强大的PS的理解做出了重大贡献。Se-718的一个特别值得注意的特征是它的RNA靶向能力。通过一系列体外实验和细胞成像研究，这一结论得到了最终验证，进一步加强了Se-718的潜力。
Se-718利用多种类型ROS产生的综合能力，增强的ISC效率及其RNA靶向能力，显示出卓越的细胞杀伤效率。这已经在六种不同类型的癌细胞中得到了亚微摩尔IC50值的证明。重要的是，Se718成功地克服了传统氧依赖型ps的局限性。它在常氧(21% O2)和低氧(2% O2)条件下都能有效地工作，这是该领域的一个重大进步，能有效地消除癌细胞。此外，Se-718在荷瘤小鼠中表现出了出色的抗肿瘤功效，进一步证明了其作为抗癌有力武器的潜力。基于这些令人鼓舞的结果，我们对Se-718的潜力持乐观态度。我们相信它作为一种有价值的治疗药物在临床癌症治疗中具有很大的前景。
参考文献
RNA-Activatable Near-Infrared Photosensitizer for Cancer Therapy，Yin Jiang, Shumei Huang, Haiying Ma, Jintao Weng, Xiaomeng Du, Zhenxin Lin, Jaewon Kim,
