聚集诱导发光分子在光动力治疗中的研究进展

许 敏,龙 资,易小庆*,娄筱叮,夏 帆,2*

(1.中国地质大学(武汉)纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心,材料与化学学院，湖北 武汉 430074；2.华中科技大学 化学与化工学院，湖北 武汉 430074)

光动力疗法[1]是目前获得临床认可的一种较新颖的微创治疗方法，其作用机理通常是利用光敏剂所制备的纳米颗粒能选择性地聚集在肿瘤部位，并通过特定波长的光照射使肿瘤部位的光敏剂活化，将能量传递给周围的氧使其生成具有细胞毒性的活性氧(主要为单线态氧，ROS)，从而破坏肿瘤组织，达到治疗效果。

临床研究表明，光动力疗法[2]适用于肿瘤尤其是早期肿瘤的治疗，一些无法进行肿瘤切除手术患者的生命因此得到延长，其生活质量也得到显著提高。近年来，随着科学技术的进步，光动力疗法有望成为治疗肿瘤[2-3]的主流手段。而光敏剂在光动力治疗中起着至关重要的作用，其性能的优越直接影响治疗的效果。目前临床上应用的光敏剂(如卟啉类)[4]存在选择性差和聚集诱导猝灭(ACQ)等问题，在很大程度上限制了其临床应用。其中，选择性差导致传统光敏剂富集在正常细胞组织，从而诱发一系列副反应，如光过敏反应，在杀死肿瘤细胞的同时也将正常细胞破坏。此外，大多数传统荧光分子在分散状态下能够发出强荧光，但在高浓度或处于聚集状态时，光敏剂的光化学效率急剧下降。这是由于分子间形成了π-π堆积或荧光分子自吸收等，从而导致荧光降低或猝灭，即ACQ效应。这是传统光敏剂的内在特性，较难改善。

2001年，香港科技大学唐本忠教授[5]领导的研究小组观察到siloles荧光体系中的“异常”现象，该现象与ACQ效应相反，此类分子在聚集态时发射强荧光，即聚集诱导发光(AIE)。随后，众多国内外研究小组对AIE现象的产生机制进行了深入研究，并产生了分子内共平面构象、分子间非紧密堆积、形成J-聚集体(J-aggregrate formation)以及扭曲的分子间电荷转移等多种解释。其中最具影响力和说服力的是Tang等[6-7]提出的“分子内旋受限(RIM)假说”。自此，AIE现象的发现为有机发光分子带来了一个新的“春天”。国内外学者开始关注并研究这一反常的荧光现象，同时设计并合成了众多具有 AIE 性质的分子并将其广泛应用于生物传感[8-9]、生物成像[10-12]、有机发光二极管及生物分子检测[13-15]等领域。

具有AIE特性的分子在使用过程中无需控制浓度，也不会在将其包裹入纳米载体后发生聚集，因此该分子在此状态下可发出更强的荧光。而且，有些AIEgens同时具有光敏效应，在光照条件下既能发光，也能产生活性氧杀死肿瘤细胞。因此，具有AIE特性的光敏剂在实际应用中更具优势，具有潜在的医学应用价值。基于AIEgens的光动力治疗由于对正常组织的低毒性和可忽略的系统效应，很大程度上降低了发病率并具有良好的修复能力和器官功能保护作用，有望成为一种有价值的治疗选择。本综述基于AIEgens并探讨其在光动力治疗中的研究进展，从两亲性高分子聚合物负载 AIEgens，AIEgens偶联多肽、靶向小分子以及药物两方面探讨了其在光动力治疗领域中的应用，并进一步对其潜在的应用价值进行了展望。

1 基于AIEgens的光动力治疗的应用研究

与其他传统诊断材料相比，AIEgens由于具有易制备和特异性修饰结合位点，荧光特性优异，生物相容性好以及EPR效应等优点，极大程度上促进了光动力疗法的效率。而成像和治疗病变的高度特异性，因可以最大限度地提高治疗效果，同时将副作用降至最低而对图像指导的光动力治疗至关重要。

1.1 两亲性高分子聚合物负载 AIEgens

被动靶向效应(EPR效应)通过肿瘤周围血管的通透性使大分子和纳米材料累积在肿瘤组织，是目前靶标成像和治疗中使用最广泛的驱动力之一。而AIE光敏剂被纳米颗粒载体负载后能够极大增加其肿瘤的EPR效应。此方法能够增加药物在肿瘤部位的富集，提高肿瘤治疗效果、降低毒副作用。为了增加纳米颗粒的亲水性，研究者引入一些生物相容性好的高分子，以更好地提高其性能。而聚乙二醇(PEG)是生物相容性良好的亲水高分子，可通过物理或化学修饰在纳米颗粒的表面形成一层亲水层，以增加纳米颗粒在血液中的循环时间，使其充分到达肿瘤部位。

2017年，Liu等[16]利用具有光敏效应的AIE分子(TTD)作为光敏剂(图1A)，以二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇(DSPE-PEG2000)为载体，并在载体表面修饰环状精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-Asp)短肽(cRGD)作为细胞表面整合素和纳米探针相互作用的识别位点，成功合成了T-TTD量子点。合成的T-TTD纳米颗粒的粒径约为30 nm，最佳激发和发射波长为分别502 nm和660 nm，具有优异的光学特性和活性氧产率。该研究组还进行了小鼠体内实验，结果表明在适当波长光的激发下，AIE纳米颗粒能发出红色荧光而显示肿瘤轮廓。在肿瘤荧光图像的引导下，继续光照会激发AIE纳米颗粒发生光化学反应，产生活性氧从而诱导肿瘤细胞凋亡，达到治疗效果。此外，体内和体外实验均证实该探针具有良好的光毒性和效应可控性。

Li 等[17]同样采用DSPE-PEG负载光敏AIEgens TTD并在表面修饰siVEGF，使AIE纳米颗粒具有靶向整合素过表达细胞并递送siRNA的能力。该纳米颗粒主要以光动力治疗和RNA干扰治疗为目标。该工作将siRNA的AIE纳米载体，用于联合靶向肿瘤细胞的成像光动力治疗和RNA干扰治疗，发现该探针显示出明亮的荧光，并可在光照射下有效产生活性氧(ROS)。细胞活性研究显示，siVEGF-TTD 纳米颗粒可选择性且有效地杀死αvβ3整合素过表达的肿瘤细胞，并具有PDT和RNA干扰治疗之间的协同作用。此外，作者通过在DSPE-PEG和siVEGF之间引入谷胱甘肽(GSH)可切割的二硫键，从而使纳米颗粒表面释放siVEGF，而内化的纳米颗粒可与PDT和siRNA疗法联合治疗并且协同作用以提高对MDA-MB-231细胞的整体杀伤效率(图1D)。该研究制备的AIEgens多功能纳米颗粒实现了图像引导光动力治疗和RNA干扰所需的功能。

图1 T-TTD量子点形成的示意图(A)，TTD的结构(B)，T-TTD引导的光动力治疗(C)[16]，DSPE-PEG-NH2与siVEGF的结合以及cRGD结合的siVEGF-TTD纳米颗粒(cRGD-siVEGF-TTD NPs)的形成(D)[17]Fig.1 Schematic illustration of T-TTD dots formation(A),structure of TTD(B),PDT guided by T-TTD dots(C)[16],illustration of conjugation of DSPE-PEG-NH2 with siVEGF and cRGD conjugated siVEGF-TTD nanoparticles(cRGD-siVEGF-TTD NPs)(D)[17]

另外，对于其他AIEgens(如BTPEAQ、TPETCAQ等)，可同样采用DSPE-PEG两亲性聚合物的方法对其进行负载。Liu等[18]于2016年报道了一种具有供体-受体-供体结构的AIEgen BTPEAQ，研究发现该纳米颗粒在固态下显示明亮的远/近红外荧光，而BTPEAQ在水溶液中几乎不产生单线态氧(1O2)，也不发出荧光。经DSPE-PEG聚合物负载，并与cRGD肽结合后，BTPEAQ亮度得到明显增强，且具有3.9%的荧光量子产率和38%的1O2量子产率，对整合素过表达的MDA-MB-231细胞显示出高效的光动力治疗效果。另一种具有较长波长吸收的近红外荧光分子AIEgen——TPETCAQ[19](结构如图2A)，同样可采用两亲性聚合物DSPE-PEG进行负载。为提高细胞内化效率，研究组在TPETCAQ纳米颗粒表面接枝了一类细胞膜穿透肽(RKKRRQRRRC)，组装的TPETCAQ纳米颗粒可以染色4T1-luc肿瘤细胞，并基于EPR效应聚集在小鼠的肿瘤组织，具有良好的成像效果(图2C)。此外，4T1-luc肿瘤小鼠的体内抗肿瘤实验显示，TPETCAQ 纳米颗粒能够显著减小肿瘤大小，表明光动力治疗的疗效较高。

图2 TPETCAQ的合成路线(A),TPETCAQ-1 NPs和TPETCAQ NPs的合成(B)，4T1-luc肿瘤小鼠的荧光成像(C),对小鼠进行瘤内注射TPETCAQ NPs或生理盐水后，4T1-luc肿瘤荧光成像，体现光动力治疗的效果(D)[19]Fig.2 Synthetic route to TPETCAQ(A); synthesis of TPETCAQ-1 NPs and TPETCAQ NPs(B); fluorescence imaging of 4T1-luc tumor bearing mice(C); time-dependent bioluminescent 4T1-luc tumor imaging of mice after intratumoral administration of TPETCAQ NPs or saline with light irradiation(D)[19]

肿瘤细胞表面特异性表达的抗原或受体很多，如叶酸受体(FR)是一种非酶促蛋白，在许多类型的肿瘤细胞中过表达;叶酸(FA)与FR的结合亲和力很高，已被用于FR靶向载药。基于此，Tang等[20]以肿瘤细胞的线粒体为靶向，设计了一种生物探针FA-AIE-TPP,利用叶酸和三苯基膦分别作为肿瘤细胞和线粒体的靶向功能基团，修饰具有红色荧光的AIEgen(DPBA量子点)，采用PEG进行负载，水合粒径为34 nm。该双靶向性功能基团能显示出更低的细胞半抑制浓度值(10 μg/ mL)。此外，线粒体直接产生的活性氧可使线粒体膜迅速去极化，诱导细胞凋亡并有效影响肿瘤细胞迁移，从而进一步提高其抗肿瘤效果。

基于AIEgens的荧光纳米颗粒因具有良好的光动力效应而受到广泛关注。同时，关于如何控制和优化其荧光和ROS生成能力也引起了人们的关注。Ding等[21]发现加强颗粒内封闭的微环境可以设计出具有高度放大荧光和ROS产生的优异AIE量子点，能够很好地改善体内癌症光学治疗学。该研究组自主合成了一种新型近红外发光分子AIEgen——TPP-TPA，通过采用不同的聚合物DSPE-PEG或Cor-PEG进行负载，得到具有不同颗粒内刚性微环境的DSPE-AIE点或Cor-AIE量子点。研究发现，与DSPE-AIE量子点相比，Cor-AIE量子点有4.0倍的荧光量子产率和5.4倍增强的ROS产率。核磁共振测定结果显示，内核中的微环境限制了包封的TPP-TPA的分子内旋转，并高度抑制了其非辐射衰变，从而导致激发态同时也为荧光通道和系间窜跃过程提供了能量，该结果与理论计算的结果一致(图3)。这种强的近红外发光和ROS产生，促进了近红外图像引导的癌症手术和带有腹膜癌病小鼠模型的光疗效果。总之，这是一种用于制备增强荧光和ROS生成能力的AIEgens 探针的独特方法。

图3 纳米沉淀法制备Cor-AIE量子点和DSPE-AIE量子点(A)；显示柔性(DSPE-AIE量子点)(B)和刚性(Cor-AIE量子点)矩阵中非辐射性、辐射性的ISC过程的荧光雅布伦斯基图(C)[21]Fig.3 Scheme for the preparation of Cor-AIE dots and DSPE-AIE dots using nanoprecipitation method(A);Jablonski diagram showing the nonradiative,radiative crossing(ISC)processes for AIEgens in flexible(DSPE-AIE dots)(B)and rigid(Cor-AIE dots)matrixes(C)[21]

与以上单光子激发的光动力治疗方法不同，双光子激发的光动力治疗方法可对空间选择性和高穿透深度的治疗体积进行精确的3D操作，能够克服生物组织中荧光穿透深度低的问题。受益于高穿透深度和空间选择性，该法可实现对较深肿瘤和微小病理区域的治疗，而对周围正常组织的光损伤最少。 2017年，Liu[22]和Qian[23]等报道了两个基于AIEgens的双光子光动力治疗诊疗一体化体系。通过简单的方法制备细胞膜穿透肽修饰的AIE量子点(T-TPEDC量子点,图4A)[22]，其双光子吸收(TPA)横截面在850 nm处为3 500 GM(图4B)。为评估T-TPEDC量子点的TP-PDT功效，通过Calcein-AM/碘化丙锭(PI)双染色评估了材料对细胞的影响。结果表明在黑暗条件下T-TPEDC量子点具有良好的生物相容性和可忽略的细胞毒性。然而，随着扫描区域中扫描数量的增加，PI阳性坏死细胞群体普遍上升(图4C～E)。而且，TPEDC量子点还提供了特定血管的选择性体内闭合，其中深度为200 μm的深直径动脉可以成功关闭。研究发现双光子光照射使扫描区域表现出非常弱的荧光，而在整个照射期间周围血管的荧光强度恒定(图4F、G)，表明TP在体内实验中对三维空间具有高选择性以及良好的ROS产率[22]。以上这些结果表明，AIE分子对于双光子光动力疗法在治疗肿瘤疾病和精确杀伤肿瘤细胞方面具有巨大的潜力。

化学发光是一种在室温下将化学能转化为光能的化学现象，其反应体系多以草酸酯、过氧化氢以及荧光染料为主要组成部分，自发光波长通常由所采用的荧光染料性质决定。由于可以受过氧化氢激发产生自发荧光，而实体瘤内H2O2的浓度通常高于正常组织，这种发光体系逐渐引起疾病诊断领域研究人员的极大关注。Liu等[24]设计了一种新颖的基于AIE光敏剂的化学发光纳米材料，并首次实现了动物体内肿瘤的自发光成像和药物协同治疗。该研究发现，此光敏剂受到化学能激发同样可以产生ROS，杀伤肿瘤细胞。因此，合成了一种具有聚集诱导发光性质的化学发光纳米颗粒(C-TBD)。该纳米颗粒由AIE光敏剂(TBD)、化学染料分子(CPPO)、F127聚合物以及豆油组成，不但可克服自发光纳米颗粒中荧光染料ACQ的缺点，而且可通过化学能(过氧化氢)激发产生ROS及近红外自发荧光。同时，作者通过尾静脉注射将这种纳米颗粒注入实验动物体内。结果表明C-TBD纳米颗粒自发光成像打破了传统荧光肿瘤成像组织深度的限制，能够精确地将腹腔转移微小肿瘤通过活体成像显影出来。可以预见，这种基于AIE分子的自发光纳米材料可为临床上的肿瘤精确定位、抗肿瘤治疗提供一种强有效的工具，同时也为疾病诊断示踪材料的设计提供了新思路。

图4 T-TPEDC的制备过程(A)；用T-TPEDC孵育的HeLa细胞，用不同波长的双光子扫描的吸收横截面(B)；30次扫描(C)；90次扫描(D)；120次扫描(E)；用T-TPEDC孵育后双光子激发得到预照射和辐照后小鼠脑血管的图像(F，G)[22]Fig.4 The preparation of T-TPEDC dots(A); two-photon absorption cross section of T-TPEDC dots at different wavelengths;HeLa cells incubated with T-TPEDC dots were irradiated for different two-photon scans(B);30 scans(C),90 scans(D),and 120scans(E); pre-irradiation(F)and post-irradiation(G)images of the brain blood vessels of mouse treated with T-TPEDC dots and two-photon excitation [22]

Tang等[25]于2018年首次报道了通过两亲性聚合物负载DTE-TPECM，形成一种将光动力与光声相结合的功能可转换的纳米颗粒。此纳米颗粒通过外部光触发，光敏分子从用于光声成像的闭环状态变为用于荧光和光动力学效应的开环状态(图5)。通过光声成像和光动力治疗的联合，高效率切除了肿瘤。这一涉及癌症诊断的光驱动可切换探针，为探索一种基于AIEgens的高效率精确医学治疗途径提供了一种新思路。表1对以上两亲性高分子聚合物负载 AIEgens 进行了总结。

表1 两亲性高分子聚合物负载 AIEgens 总结Table 1 Summary of AIEgens in amphiphilic polymer matrix

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1.2 AIEgens偶联多肽、靶向小分子以及药物

蛋白质是生物体中不可或缺的生物大分子，其异常表达通常与疾病有关。一系列蛋白包括组织蛋白酶B、MMP-14、NQO1、DT-心肌炎、半胱天冬酶-3和TfR等在肿瘤细胞中会过表达，从而可作为响应性的生物标志物用于癌症治疗的监测[26]。通过设计使特定生物探针偶联多肽[27]等，有效地激活酶，确保探针能够实时、有针对性地监测成像肿瘤细胞凋亡，对肿瘤诊疗一体化非常有必要。2014年，Ding等设计并合成了半胱天冬酶特异性Asp-Glu-Val-Asp(DEVD)和环状Arg-Gly-Asp(cRGD)两种不同的亲水肽修饰于典型AIEgen的四苯基硅(T光敏剂)单元上[28]，研究发现，不对称探针在水溶液中几乎不发光，而在半胱天冬酶-3存在下明显发荧光。由于半胱天冬酶-3对DEVD部分的切割，从而释放T光敏剂-cRGD残基，残基的聚集限制了T光敏剂苯环的分子内旋转并填充了辐射衰变通道(图6A)。该探针通过cRGD和整合素αvβ3受体之间的有效结合，显示出对U87MG人成胶质肿瘤细胞的特异性靶向能力，并能以特定的方式实时监测和成像肿瘤细胞凋亡。

组织蛋白酶B是一种在多类型肿瘤细胞中过表达的溶酶体蛋白酶，能够特异性地切割-Gly-Phe-Leu-Gly-(GFLG)肽序列。Liu等[29]充分利用组织蛋白酶B和αvβ3整合素的特性，设计并合成了一种双靶向酶响应性的生物探针(图6B)。该探针由用于成像和光动力治疗的AIEgen TPECM、组织蛋白酶B响应性GFLG肽、cRGD组和亲水单位组成。该生物探针具有的良好亲水性使其能够很好地溶于水溶液中，在水性环境中保持荧光“关闭”状态和少量ROS生成。研究发现，该双靶向功能探针可在肿瘤细胞中有选择地积累，而GFLG的原位切割引起TPECM的释放、聚集，从而发出荧光，提供高实时肿瘤细胞成像信噪比。此外，在癌症细胞中聚集的TPECM同时产生ROS，为有选择性的高效光动力治疗提供了一种更精确的手段。

三肽谷胱甘肽(GSH)同样是进行肿瘤细胞诊断成像的重要推动力。GSH是多种细胞过程中的重要生物分子，包括细胞代谢、分化以及平衡许多细胞解毒功能和抗氧化作用等。由于GSH对二硫键有响应性，GSH在许多肿瘤细胞中的量超过正常细胞[30]，可用二硫键作为AIEgens和肿瘤细胞靶向剂之间的连接体。因此，若设计出一种新型生物探针[31]，其二硫键可被肿瘤细胞内GSH裂解，同时释放的AIEgens聚集并成像肿瘤细胞，从而实现对光敏剂活化的实时监测，并显著促进ROS的产生，可以实现有选择性的肿瘤细胞的光动力治疗。基于此,Liu课题组[32]报道了一种TPETF-NQ-cRGD生物探针。该探针由具有AIE特征的红色发光生色团光敏剂(TPETF)、靶向肿瘤细胞的cRGD三肽和2,4-二硝基苯磺酰氯(NQ)荧光猝灭剂组成(图6C)。研究发现，该探针在生理pH范围内不发光，而在过表达的肿瘤细胞中用GSH原位处理后，由于NQ猝灭剂的断裂，探针发出明亮的荧光且保持恒定。此外，作者发现用功率密度为0.25 W·cm-2白光照射3 min时，仅用32 μmol/L的探针即可完全消除肿瘤细胞，通过使用双靶向生物探针实现了对肿瘤细胞的识别和消除。

图6 Ac-DEVD-TPS-cRGD的结构及其靶向肿瘤细胞成像凋亡的原理(A)[27]；TPECM-2GFLGD3-cRGD的结构及探针对组织蛋白酶B响应性的示意图(B)[29]；TPETF-NQ-cRGD的结构及其在GSH作用下发出荧光的示意图(C)[32]； TPETP-AA-Rho-cRGD的结构及通过ROS激活探针的示意图(D)[34]Fig.6 The structure of Ac-DEVD-TPS-cRGD and the principle of apoptosis imaging in target cancer cell based on the probe(A)[27]; the structure of TPECM-2GFLGD3-cRGD and schematic illustration of probe activation by Cathepsin B(B)[29]; the structure of TPETF-NQ-cRGD and schematic illustration of probe activation by GSH(C)[32]; the structure of TPETP-AA-Rho-cRGD and schematic illustration of probe activation by ROS(D)[34]

一般来讲，ROS过量可能通过蛋白质功能的失调、细胞大分子的氧化修饰来触发细胞凋亡或死亡[33]。实际上，正常生理状态下低水平的ROS对于各种生物过程(包括细胞稳态、增殖、信号传导和衰老)至关重要。而由于线粒体功能障碍、致癌刺激和代谢活性增加等因素，肿瘤细胞的ROS水平高于正常细胞。ROS水平的差异有利于肿瘤靶向成像和治疗的发展。例如，Liu等[34]于2016年构建了含有红色荧光的AIEgen，1O2可切割接头AA，绿色荧光的1O2响应性rhodol片段和cRGD的超分子化合物(命名为TPETP-AA-Rho-cRGD)(图6D)。一方面，该研究组利用TPETP化合物在水溶液中发出的红色荧光，实现了其自我跟踪。另一方面，在cRGD的协助下，TPETP-AA-Rho-cRGD可特异性靶向αvβ3过表达的肿瘤细胞。此外，由TPETP在光照射下有效产生的ROS使得DA-MB-231细胞活力迅速下降，其半抑制浓度(IC50)为8.3 μmol/L。而黑暗条件下探针的IC50为219.1 μmol/L，表明其光动力治疗效果显著。作者通过利用这一超分子平台，实现了在光动力治疗肿瘤细胞期间活性氧的实时原位监测[34]。

在联合治疗的趋势下，光动力治疗和化疗联合也引起关注，两者联合可达到满意的抗癌疗效，提高治疗效率并使副作用最小化。而运用AIEgens和化疗药物的联合疗法具有巨大潜力，AIEgens能够对治疗体系起到示踪的作用。Yuan等[35]通过将AIE活性光敏剂和铂前药与cRGD结合制备了TPECB-Pt-D5-cRGD探针，用于实时监测肿瘤细胞药物释放以及光动力治疗和化疗相结合的治疗。此探针在水性介质中几乎不发光，而当其进入肿瘤细胞后，被肿瘤细胞内高浓度的谷胱甘肽还原后而被点亮，且该探针能够选择性染色αvβ3整合素过表达的肿瘤细胞。作者通过使用MTT评估TPECB-PtD5-cRGD对不同细胞的抗增殖性质，发现MDA-MB-231细胞耐顺铂，IC50值为33.4 μmol/L，光照不影响疗效。这种联合治疗法显示了基于AIEgens材料在癌症治疗领域的巨大潜力，并为降低化学治疗抗性开辟了新途径。

其他可以治疗癌症的药物也吸引着人们的关注。青蒿素(Artemisinin，ART)是从一年生蒿(Artemisia annua)中分离出的一种天然产物，被公认为抗疟药。ART衍生物具有抗癌特性，可抑制细胞增殖，血管生成，增加细胞氧化应激性和诱导细胞凋亡，但它们只对某些肿瘤细胞显示低而有限的损伤。最近，一项研究证明血红素能够响应性结合ART靶向多种蛋白质以杀死寄生虫和肿瘤细胞[36]，并将ART递送至肿瘤细胞线粒体以大大提高疗效。然而，由于ART本身不具有发光性，设计具有线粒体靶向功能的荧光ART类似物，可以实时监测而不影响其活性。因此，Zhang等[37]设计了一种线粒体靶向荧光探针(TPETH-Mito-1ART)，它可将青蒿素(ART)和AIE光敏剂共同传递至线粒体以进行图像化化疗和光动力联合治疗。该探针含有1个AIEgen核心——TPETH，两个线粒体靶向臂作为荧光响应性部分和光敏剂，在1个臂上具有ART，可以选择性内化到肿瘤细胞中，并可显著地在线粒体中积累和发出荧光。线粒体中产生的新鲜血红素迅速激活ART，生成的活性氧直接促进了光动力治疗。ART和光动力治疗的结合使得疗效显著改善，并具有协同作用，可使线粒体膜迅速去极化，并大大减少癌症转移。这种共同传递方法在亚细胞器靶向和图像引导联合治疗方面显示出巨大的生物医学应用潜力。

另外，紫杉醇被认为是使用广泛的抗肿瘤药物之一，而辅助剂的合理使用可以极大提高治疗效果，从而成为一种新颖的联合治疗方法。Ding等[38]于2017年制备了一种可实现诊疗一体化的荧光探针TPE-Py-FFGYSA，该探针不仅是一种辅助剂，可以增强紫杉醇的抗肿瘤功效，而且还可以瞄准靶标，将其转化为EphA2蛋白。由于EphA2是一种跨膜受体酪氨酸激酶，在许多类型的癌症中过度表达，而肽序列YSAYPDSVPMMS(YSA)可以选择性靶向EphA2，TPE-Py作为AIE性质的荧光分子，在聚集状态下发出明亮荧光且能有效产生ROS，探针在FFG三肽序列诱导下，在疾病部位实现有序自组装，而在同一化疗药物紫杉醇的联合使用下能够极大地放大紫杉醇的抗癌效果，将紫杉醇杀伤肿瘤细胞的半致死浓度从75.9 nmol/L降至7.8 nmol/L，显示出极高的临床应用价值。

另一方面，活性氧因寿命短和伤害范围小使光动力治疗对周围健康组织的损害最小化，但也需要精确的光敏剂定位以用于有效治疗。同时，用于肿瘤靶向、成像和治疗的亚细胞器特异性材料在肿瘤治疗中吸引了众多研究者的兴趣。其中，线粒体靶向系统的设计对于提高光动力疗法功效最具意义。Gao等[39]通过将具有远红外(FR)荧光的AIE分子与线粒体靶向功能基团TPP相结合，设计了聚集诱导发射-活性荧光探针(AIE-FR-TPP)用于线粒体成像和光动力治疗。该AIE-FR-TPP探针工作浓度低，染色时间短，生物相容性好，能够对细胞线粒体进行选择性的点亮，同时产生ROS，使细胞凋亡。作者通过AIE效应监测线粒体的形态变化，并首次利用其特性实现了活斑马鱼胚胎中细胞器水平的实时图像引导光动力治疗。随后，Yu等[40]设计了一种新的线粒体靶向光敏剂探针DPA-SCP,其光敏部分采用了AIEgen，修饰吡啶盐为靶向线粒体。DPA-SCP在水相中荧光信号很弱，而当靶向到肿瘤细胞的线粒体之后能够被点亮。该探针在白光照射下能有效产生ROS，在线粒体中形成氧化环境，从而有效增强对肿瘤细胞的治疗效果。2017年，Chao等[41]将AIE分子与无机纳米颗粒结合，首次报道了具有双光子性能的3种线粒体靶向的AIE-活性铱(Ⅲ)配合物，此纳米颗粒能够有效富集在线粒体上，并在光照条件下产生对细胞有害的ROS，进而达到治疗效果。

研究结果证实肿瘤细胞的线粒体膜电位高于正常细胞，这种差异可用于肿瘤细胞鉴别和选择性治疗。一些带正电荷的AIEgens被制备，如AIE-mito-TPP[42]和TPE-IQ-2O[43]等，并用作选择性染色肿瘤细胞线粒体的显像剂。Tang等[43]制备了AIE活性的TPE-IQ-2O，其由吡啶鎓和TPE单元组成且带正电。由于线粒体膜电位的差异，虽然TPE-IQ-2O在培养基中不发光，但能选择性地在肿瘤细胞中累积并点亮肿瘤细胞中的线粒体。此外，TPE-IQ-2O还具有较高的ROS生成能力，是一个有效的肿瘤诊断成像和治疗体系。

AIEgens探针不仅可以靶向线粒体，还可通过调整分子结构和取代基，制备出其他特异性靶向的AIEgens。如Wang等[44]利用一步法制备了一系列红/近红外AIE分子，这些AIE分子不仅能在可见光照射下有效地产生活性氧，而且对脂滴(LD)有良好的靶向性，具有光稳定性高、亮度高和工作浓度低等优点，优于商业上可获得的脂滴特异性染料。2016年，Zhang等[45]报道了一种将具有AIE特征的红光荧光光敏剂与转铁蛋白受体靶向肽T7结合的新型探针TPETH-2T7，其可定位于细胞膜上。由于转铁蛋白受体(TfR)是一种跨膜糖蛋白[46]，存在于正常细胞和肿瘤细胞中，其表达水平随着细胞增殖速度的增加而增加，因此其在肿瘤细胞中的数量远高于正常细胞。游离的TPETH-2T7几乎不发光，但在与转铁蛋白受体特异性结合后，由于限制了TPETH的分子内运动，实时发出红色荧光。该探针可以选择性地点亮TfR过表达的肿瘤细胞同时实时跟踪TfR。通过实时成像研究发现，该探针可在30 min内将MDA-MB-231细胞的细胞膜染色，并在短时间光照射下，可观察到细胞形态变化和膜崩解，细胞膜崩解可以快速杀死MDA-MB-231细胞。TPETH的高ROS产生效率使得光照射对MDA-MB-231肿瘤细胞的光动力治疗取得显著效果。

此外，Liu等[47]报道了一种新颖的水溶性具有红色荧光的AIEgen生物响应性探针，可与细胞膜上的聚糖反应。该探针为水溶性的非荧光探针，但与肿瘤细胞表面上的叠氮官能化聚糖发生点击反应后，AIEgen的分子运动受到限制，填充了辐射衰变通道，从而发出荧光。而且，AIEgen可在可见光照射下产生ROS，证明其作为成像和光治疗剂的双重作用。表2对以上AIEgens偶联多肽、靶向小分子以及药物进行了总结。

表2 AIEgens偶联多肽、靶向小分子以及药物汇总Table 2 Summary of AIEgens conjugated with polypeptide,target or drug

(续表2)

Cell lineTargetBioprobesApplicationsAbsorption/emission(nm)ReferencePC-3YSATPE-Py-FFGYSA肽序列YSA选择性靶向EphA2,TPE-Py在聚集状态下发出明亮荧光且有效产生ROS,FFG三肽序列诱导探针在疾病部位从而实现有序自组装,可增强紫杉醇的抗肿瘤功效405/595[38]A549TPPAIE-FR-TPP通过AIE效应监测线粒体的形态变化,并首次利用其特性实现了活斑马鱼胚胎中细胞器水平的实时图像引导光动力治疗-/660[39]A549吡啶盐DPA-SCP修饰吡啶盐为线粒体靶向,靶向到肿瘤细胞的线粒体后被点亮460/620[40]HeLa,COS-7正电TPE-IQ-2O由于线粒体膜电位的差异,TPE-IQ-2O能够选择性地在肿瘤细胞中累积并点亮肿瘤细胞中的线粒体430/620[43]MDA-MB-231,NIH 3T3T7TPETH-2T7选择性地点亮TfR过表达的肿瘤细胞同时实时跟踪TfR,可实时监测细胞形态变化和膜崩解360,430/635[45]MDA-MB-231,HeLa-TPETSAl水溶性AIEgen生物响应性探针,与肿瘤细胞表面上的叠氮官能化聚糖发生点击反应后发出荧光,成像和光治疗剂的双重作用480/650[47]

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2 结论与展望

本文总结了近5年有关两亲性高分子聚合物负载 AIEgens，AIEgens偶联多肽、靶向小分子以及药物等用于光动力治疗的研究进展。研究者们根据实际应用对AIEgens的属性和功能进行修饰、调整，以彰显出其与传统荧光团或光敏剂相比具有的显著优势。随着AIE机制的不断发展，人们设计出不同方法、不同策略制备和修饰AIEgens以应用于光动力治疗。由于AIEgens具有荧光特性优异、纳米颗粒负载量高、生物相容性好及光动力治疗功能高效等优点，在生物过程监测和图像引导手术中具有巨大的应用潜力。

尽管基于AIEgens的光动力治疗取得了显著的进展，但仍然存在许多未解决的问题。具有AIE特征的光敏剂有自身的局限性，由于其特有的转子结构和有限的共轭长度，大多数AIE PS具有390～550 nm的短激发波长，这严重限制了其组织穿透深度，因此不利于体内应用。从分子设计开始，引入强的供体-受体对能够诱导长波吸收，解决激发波长短的问题。并且，双光子或多光子激发的PDT也能提供更深层的穿透深度和更局部的图像引导治疗。实际上，不仅AIE光敏剂的性能会决定PDT效应，光穿透能力、氧浓度和微环境(例如GSH浓度)也在PDT中起重要作用。研究者已采用几种优秀的方法来克服AIE PS的有限穿透深度、氧浓度和微环境因素[21-24]，但目前AIE PSs与这些方法的整合尚未临床应用。此外，为推动AIE PS进行转化研究，需对其体内毒性、生物分布和机体清除等进行系统评估，相关工作有待于进一步深入。目前AIE PSs在PDT中的应用仅限于动物和临床前研究。

总之，基于AIEgens的光动力治疗是一个快速发展的全新领域，也面临着许多挑战。例如，一方面，对AIEgens的结构、性质关系等仍需进行详细的推理研究，以设计出具有期望功能的分子；另一方面，扩大多模式诊断成像和联合治疗的多样性仍处于“婴儿期”；此外，未来AIEgens有望用于多光子成像和治疗。虽然目前光动力治疗仅在动物上实现，但随着这一领域的快速发展，基于AIEgens的光动力治疗必会在临床应用中实现，同时也将激发人们对生命科学和生物医学领域的研究兴趣。