内容提要
本工作采用一种有效的策略构建一种菁类近红外光敏剂2LBCy 5.5，通过将两个经典的Cy5.5染料与一个双阳离子在802 nm处有最大吸收。2LBCy 5.5具有窄的单重态-三重态能隙（ΔES-T），加速了体系间的跃迁过程，具有高三重激发态量子产率在808 nm激发下，在I型PDT中，抗氧化剂极大地促进了活性氧（ROS）的产生。2LBCy 5.5在常氧和低氧条件下均具有抗肿瘤活性。
基于五甲川花青（Cy 5）和七甲川花青（Cy 7）染料，已经开发了各种近红外（NIR）光敏剂用于实体肿瘤的光动力疗法（PDT）。PDT作为一种安全、无创的治疗手段，具有时空可控性好、无耐药性等特点，在肿瘤治疗中具有很好的吸引力。作为PDT的关键点，一种好的光敏剂，除了对近红外光的吸收外，还应具有高的系间穿越效率（ISC）和长的激发态寿命。除了引入重原子外，构建Cy7基近红外光敏剂的有效策略很少（例如I、Br和Se）增强ISC过程（S1 T1）。然而，重原子策略通常产生1O2作为严重限制缺氧实体瘤中PDT效应的唯一产物，沿着不可避免的暗毒性和激发态寿命的减少。最近，自旋-轨道电荷转移系间穿越例如，引入蒽取代的Cy 5（SOCT-ISC）以提高三重态产率。在介观位置）被证明可以丰富高振动-旋转能级的布居，并随后提高1O2的产生。大的扭曲构型总是导致染料的消光效率严重下降，沿着出现明显的吸收蓝移。因此，在如何开发将良好的NIR花青染料转化为优异的花青光敏剂同时保持甚至增强其物理性质。光敏剂的ISC效率和近红外吸收与ΔES-T直接相关（单重激发态和三重激发态的带隙）和（最低未占分子轨道（LUMO）和最高已占分子轨道（HOMO）的带隙）。实际上，增加染料的共轭度是提高消光系数和调节染料的消光系数的最直接和有效的方法之一。ΔES-T也沿着降低，研究表明，D（电子给体）-π-A染料中的电子受体结构可以改变激发态的衰减特性，降低辐射跃迁，（荧光性能），促进ISC，有效延长三重态寿命。因此，与正常D-π-A结构相比，具有较大共轭体系的菁染料（如D-π-A-π-D结构）可以更有效地红移吸收/发射，增加分子内电子转移，并降低ΔES-T。花青染料的线性延伸可以导致适当的扭曲结构，增加电荷分离，使得电子可以与O2、H2O和其它周围分子转移。
本文设计新型D-π-A-π-D型二-Cy 5.5衍生物，（2LBCy 5.5）是基于经典的荧光染料Cy5.5构建的，具有双阳离子作为电子受体桥接两个Cy5.5分子2LBCy 5.5表现出802 nm的最大吸收波长，与Cy5.5相比红移110 nm。此外，2LBCy 5.5显示出低的Δ EH-L和ΔES-T，快的ISC速率和高的三重激发态产率，2LBCy 5.5在808 nm光照射下产生多种活性氧，在常氧和低氧条件下均表现出良好的抗肿瘤活性，为设计具有更好捕光能力、光敏效率和稳定性的高性能近红外光敏剂提供了新的途径。研究了染料的物理化学性质，如紫外-可见（UV-vis）-近红外（NIR）吸收和荧光发射。2LBCy 5.5在二甲基亚砜（DMSO）中在802 nm处表现出最大吸收，与Cy5.5（692 nm）相比红移约110 nm，甚至超过ICG（795 nm）。y5.5的最大荧光发射，ICG和2LBCy 5.5在DMSO溶液中位于720、833和850 nm处，斯托克斯位移分别为28、37和48 nm，比Cy5.5高得多。菁染料的稳定性是其发挥功能的基础。（10 W/cm2，10 min），ICG的吸光度降低约62%，而2LBCy 5.5几乎没有变化，证明了对光漂白的良好稳定性。通过高功率辐照评价2LBCy 5.5稳定性（0.5W/cm 2）进行三次加热和冷却循环。2LBCy 5.5表现出可重复的温度变化而没有吸收变化，可接受的光热转换效率为22.3%，但在相同条件下，ICG经过三次循环后，最高温度明显下降，表明2LBCy 5.5具有良好的光稳定性。在10 W/cm2功率的808 nm激光照射下，分别以单线态氧传感器绿色探针（SOSG）、二氢乙锭（DHE）和羟苯基荧光素（HPF）为指示剂，测定Cy5.5、ICG和2LBCy 5.5的1 O2、·O2-和·OH的ROS生成能力。SOSG（525 nm）、DHE（610 nm）和HPF（515 nm）的特征荧光信号在ICG或Cy5.5存在下没有显示荧光变化，而在2LBCy 5.5存在下在激光照射后逐渐增强，表明2LBCy 5.5的I型和II型ROS产生机制。更重要的是，2LBCy 5.5的活性氧生成量分别为ICG和Cy5.5的10.6-/21.1倍、8.7倍和3.2倍，因此，2LBCy 5.5可用于常氧和缺氧PDT。
考虑到2LBCy 5.5优异的ROS生成能力，我们对2LBCy 5.5进行了体内PDT研究，2LBCy 5.5在10 min内被MCF-7细胞迅速摄取，其荧光信号与Mito-green示踪剂的荧光信号重叠，表明其具有优异的细胞靶向功能（Pearson相关系数为0.82），但在相同的孵育时间下，MCF-10A细胞中观察到微弱的荧光信号，并且需要20分钟才能达到最大亮度上述差异表明2LBCy 5.5可以在一定程度上区分正常细胞和癌细胞，这可能归因于其双重阳离子结构，这有助于其优先靶向具有较高电负性的肿瘤细胞。此外，我们研究了MCF-7细胞中ROS的产生性能。市售试剂SOSG、DHE和HPF分别用作1 O2、·O2 −和·OH的检测探针。在808 nm激光照射下观察到SOSG、DHE和HPF的显著荧光信号，表明细胞内产生1 O2、·O2 −和·OH，这有助于低氧和常氧环境下的抗肿瘤PDT。
为了进一步验证2LBCy 5.5的抗肿瘤能力，（活细胞为绿色荧光）和碘化丙啶,使用了细胞染色（PI，死细胞的红色荧光）。在单独用磷酸盐缓冲盐水（PBS）或单独用2LBCy 5.5（或ICG）处理的对照组中观察到强的绿色荧光信号，ICG对MCF-7细胞无杀伤作用，相比之下，用2LBCy 5.5和808 nm激光照射处理的MCF-7细胞在常氧和缺氧条件下均被有效地杀死，由于2LBCy 5.5定位于细胞的线粒体中，使用市售JC-1作为探针来测试线粒体膜的完整性，在常氧或缺氧条件下，JC-1均以单体形式存在于细胞中2LBCy 5.5 + L组的结果为（绿色荧光），这与阳性对照组（CCCP）的结果一致，表明2LBCy 5.5-介导的PDT显著地使线粒体去极化。流式细胞术用于评估光诱导细胞毒性的机制。 S20 2LBCy 5.5和808 nm激光照射MCF-7细胞后，MCF-7细胞发生凋亡，细胞凋亡指数为66.3%。最后，通过MTT法评价2LBCy 5.5的体外肿瘤PDT效应，并且发现2LBCy 5.5在不存在激光照射的情况下对MCF-7和4 T1细胞具有可忽略的毒性，细胞存活率高达95%。2LBCy 5.5在常氧和缺氧条件下均表现出上级PDT性能，且随着浓度的增加而增加。
2LBCy 5. 5具有良好的肿瘤靶向性和光动力学特性，促使我们进一步研究其体内抗肿瘤作用。在BALB/c小鼠右下肢上方皮下接种4 T1细胞建立荷瘤模型，当肿瘤体积达到约100 mm 3时，所有荷瘤BALB/c小鼠随机分为4组进行体内PDT治疗，经尾静脉注射2LBCy5.5后，进行荧光成像记录，以获得PDT的最佳时间点，随着时间的延长，肿瘤部位的荧光信号逐渐增强，在3 h达到最大值，其中2LBCy5.5主要在肿瘤部位富集，其次为肝脏和肾脏，因此最佳治疗时间为尾静脉注射后3 h。采用808 nm激光照射，在尾静脉注射2LBCy5.5 2.5h后进行体内PDT（100 mW/cm 2）照射10 min。激光照射后，连续监测所有小鼠的体重和肿瘤体积的变化15 d，以评估PDT的效果。结果：2LBCy5.5组小鼠生长良好，治疗期间无明显差异，说明2LBCy5.5的毒副作用小。（用PBS处理）和对照组（用2LBCy5.5处理）与原始体积相比逐渐增加约10倍。作为鲜明对比，用2LBCy5.5 + L（808 nm激光）经历坏死并最终完全消失，结果表明2LBCy5.5具有较高的光动力学效率。
结论
通过将两种经典荧光染料Cy 5. 5与双阳离子获得2LBCy5.5的吸收/发射波长发生了明显的红移（分别为802和850 nm），尤其是在2LBCy 5.5上。2LBCy5.5在常氧和低氧条件下均表现出较好的抗肿瘤活性，为进一步研究2LBCy5.5的抗肿瘤作用提供了一种简单有效的策略。
参考文献
Conjugated di-Cy5.5 derivative achieving strong light-harvesting ability beyond 808nm for high-efficient antitumor photodynamic therapy，Hua Gu , Juan Zhang , Puan Yuan , Zhongyue Zheng ,Wenkai Liu , Xiang Xia , Wen Sun , Jianjun Du , Jiangli Fan，Xiaojun Peng，Chin. Chem. Lett., 2025, https://doi.org/10.1016/j.cclet.2025.111119.
