王進(jìn)軍 鄔旭然

(煙臺(tái)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 山東煙臺(tái) 264005)

1 光動(dòng)力療法的基本原理

光動(dòng)力療法(photodynamic therapy，簡寫為PDT)是通過光動(dòng)力作用處理癌癥的一種新的治療模式。其基本運(yùn)作過程是利用光敏劑(抗癌藥物)和光的共同作用而形成細(xì)胞毒素，并對(duì)病變細(xì)胞(癌細(xì)胞)或者其他病變組織實(shí)施殺滅。當(dāng)健康和病變組織上的藥物集聚到合適濃度時(shí)，人為調(diào)節(jié)特定波長的光對(duì)相應(yīng)的組織區(qū)域進(jìn)行照射，經(jīng)光激發(fā)的PDT藥物(一般是具有光敏活性的化合物)引發(fā)光毒效應(yīng)。有效的PDT治療過程必須具備3個(gè)要素，即光敏劑、光、氧氣。

PDT的光物理和光化學(xué)過程如圖1所示[1-2]：基態(tài)單線態(tài)(S0)光敏劑有兩個(gè)自旋方向相反的電子處于能量較低的分子軌道。當(dāng)吸收適當(dāng)波長的光以后(過程1)，光敏劑被激發(fā)到壽命較短(納秒級(jí))的第一激發(fā)單線態(tài)(S1)，被激發(fā)到能量較高的分子軌道中的電子仍然保持其自旋方向不變。光敏劑可以通過熒光(fluorescence，過程2)或者內(nèi)部轉(zhuǎn)換(internal conversion，過程3)的形式失活而回到基態(tài)(S0)；也可以經(jīng)歷系間竄越(intersystem crossing，過程4)的過程使得激發(fā)態(tài)電子的自旋方向反轉(zhuǎn)，形成壽命相對(duì)較長(微秒級(jí))的第一激發(fā)三線態(tài)(T1)，其電子自旋方向相同。直接從單線態(tài)躍遷到三線態(tài)是自旋禁阻(spin-forbidden)的，但作為優(yōu)良的光敏劑仍然可以形成較高產(chǎn)率的三線態(tài)，具有相對(duì)較長壽命的三線態(tài)光敏劑可以參與兩種化學(xué)反應(yīng)，首先，它可以通過生物基底物參與電子轉(zhuǎn)移過程并形成自由基和自由基離子，這些自由基和自由基離子再與氧氣相互作用，可以生成氧化產(chǎn)品如超氧離子(Ⅰ型反應(yīng))；或者經(jīng)歷稱為Ⅱ型反應(yīng)的光化學(xué)過程，導(dǎo)致穩(wěn)定的三線態(tài)氧(3O2)轉(zhuǎn)換成短暫但高活性的單線態(tài)氧(1O2)作為期望的細(xì)胞毒性劑(過程6)，T1態(tài)光敏劑也可以通過輻射磷光的形式失活回歸到基態(tài)(過程5)。因而，光動(dòng)力的有效實(shí)施主要是基于三線態(tài)光敏劑的介導(dǎo)作用[3-5]。

圖1 PDT的光物理和光化學(xué)過程1 吸收；2 熒光；3 內(nèi)部轉(zhuǎn)換；4 系間竄越；5 磷光；6 T1態(tài)光敏劑將能量轉(zhuǎn)移給三線態(tài)氧(3O2)生成單線態(tài)氧(1O2)

2 理想光敏劑的結(jié)構(gòu)特征和光敏性質(zhì)

單線態(tài)氧在細(xì)胞質(zhì)中的擴(kuò)散范圍局限于45nm之內(nèi)，所以光線的組織穿透深度對(duì)光動(dòng)力治療是非常重要的因素，組織的增加和吸收波長的減少都將影響光的吸收和分散。組織吸收成分包括核酸、氨基酸、血紅蛋白和黑色素等，對(duì)于核酸和氨基酸，它們的吸收波長通常在250～300nm之間，所以它們對(duì)于波長大于600nm的光的吸收作用很小。大多數(shù)組織的吸收本質(zhì)是由血紅蛋白控制的，而血紅蛋白的最強(qiáng)吸收峰出現(xiàn)在波長小于620nm處[6-7]。隨著波長從620nm增加至800nm，這些吸收峰的增長很弱。其他的內(nèi)源性發(fā)色基是黑色素，它是由酪氨酸分子凝結(jié)而成的聚合物，并在400～700nm區(qū)間均有吸收，但對(duì)較長波長的吸收相對(duì)減少。以上所有因素提供一個(gè)事實(shí)，小于550nm波長的光穿透力很低，而在550～630nm穿透力則成倍增長，當(dāng)達(dá)到700～800nm后，對(duì)組織的穿透能力大幅度提升。然而，波長大于800nm的結(jié)果卻不能令人滿意。如果吸收波長太長(大于800nm)則難于滿足形成1O2的能量要求，意味著光子沒有足夠的能量使處于三線態(tài)的光敏劑將基態(tài)氧分子激發(fā)到單線態(tài)。而且，當(dāng)波長增加時(shí)，化合物對(duì)光的穩(wěn)定性通常也會(huì)減弱。因此，理想的光敏劑應(yīng)該在660～800nm之間(即“治療窗口”)有強(qiáng)吸收。由于660～800nm的光提供了最佳的組織穿透強(qiáng)度以及充分的能量來形成單線態(tài)氧，發(fā)展具有這一范圍波長吸收的光敏劑是光動(dòng)力療法中的研究重點(diǎn)。

波長較長的光可增加穿透深度，這是發(fā)展具有這種吸收波長光敏劑的主要原因，萘酞菁(776nm)和細(xì)菌葉綠素(780nm)的最大吸收波長都在治療窗口內(nèi)。然而，光敏劑本身的光吸收可以限制組織光穿透，這種現(xiàn)象被稱為光敏劑的“自屏蔽”。如果光敏劑對(duì)治療波長的光具有非常強(qiáng)烈的吸收則其自屏蔽現(xiàn)象尤其明顯。許多光敏劑在暴露于光時(shí)容易發(fā)生稱之為光漂白的光破壞過程，而不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的光敏劑具有變化多端的光漂白率。所以，PDT中應(yīng)用的光敏劑應(yīng)該足夠穩(wěn)定以避免諸如光漂白的降解過程[8]。

優(yōu)秀的光敏劑分子應(yīng)該具有良好的水脂溶性；具有兩親性的藥物分子有利于藥物透過細(xì)胞膜。光毒性高而暗毒性低的光敏劑也是保證正常組織免受損傷的一個(gè)方面，可提高PDT治療的選擇性。PDT之所以優(yōu)于其他腫瘤治療方法，一個(gè)重要原因就在于所用光敏藥物在無光照時(shí)具有低水平的暗毒性，而在對(duì)靶組織進(jìn)行選擇性光照時(shí)，靶組織內(nèi)的光敏劑被激活而選擇性地作用于靶組織。PDT光敏劑在患者體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)消除應(yīng)該迅速，以縮短治療后避光保護(hù)的時(shí)間和避免長時(shí)間的皮膚光敏性。它們應(yīng)該對(duì)紅外或遠(yuǎn)紅外區(qū)的光具有強(qiáng)烈吸收，以使PDT的治療作用可以到達(dá)盡可能深的部位，而且所使用的光不會(huì)導(dǎo)致正常組織光敏化。

3 葉綠素-a的基本結(jié)構(gòu)及其理化性質(zhì)

葉綠素-a(Chl-a)的基本碳架是由4個(gè)吡咯子環(huán)橋連而成的大環(huán)金屬鎂配合物，由于含有一個(gè)二氫吡咯子環(huán)而隸屬二氫卟吩類化合物。與其他卟啉類衍生物一樣，具有多齒配位作用的葉綠素色基顯示出共軛大環(huán)的結(jié)構(gòu)特征，在其氮雜輪烯結(jié)構(gòu)的周環(huán)上連有多種不同的取代基團(tuán)而表現(xiàn)出鮮明的非對(duì)稱性。A-B環(huán)端向的親脂溶性和C-D環(huán)端向的親水溶性以及外接稠并的五元E環(huán), 均明顯影響著葉綠素衍生物的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)。葉綠素-a是通過4個(gè)次甲基將A、B、C、D四吡咯環(huán)連接成環(huán)并構(gòu)成基本骨架。

卟啉周環(huán)上存在著由兩個(gè)碳碳雙鍵橋連的芳香性二氮雜[18]輪烯結(jié)構(gòu)的互變異構(gòu)體系(圖2中的A1和A2)，而葉綠素-a 及其衍生物與卟啉基本結(jié)構(gòu)有所區(qū)別。在具有代表性的葉綠素-a的降解產(chǎn)物脫鎂葉綠酸-a甲酯(1，MPa)分子中，其D-環(huán)為還原的二氫吡咯結(jié)構(gòu)，二氫卟吩分子的芳香性則決定于二氮雜[18]輪烯和三氮雜[18]輪烯互變結(jié)構(gòu)(圖1中的B1和B2)。葉綠素-a 衍生物的核磁共振氫譜可以反映出分子結(jié)構(gòu)并且預(yù)示其化學(xué)反應(yīng)活性，在二氫卟吩分子周環(huán)上所形成的廣域環(huán)電流，對(duì)直接與氮雜輪烯相連接的原子施加強(qiáng)烈的磁各向異性效應(yīng)。由于去屏蔽的作用，環(huán)外側(cè)取向的甲基和meso-氫的核磁共振頻率分別在δ3.00～3.90和δ8.00～10.50的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生，而環(huán)內(nèi)側(cè)取向的氮上質(zhì)子則受到環(huán)電流明顯的屏蔽效應(yīng)，其化學(xué)位移一般出現(xiàn)在δ<0的高場(chǎng)[9]。四吡咯的非對(duì)稱性使環(huán)上的電荷密度不盡相同，與非共軛的二氫吡咯環(huán)相連的20位meso-氫受到較小的去屏蔽作用，因而具有相對(duì)高的電荷密度，其化學(xué)位移則出現(xiàn)在相對(duì)高場(chǎng)(δ8.50附近)，因而也是最容易發(fā)生親電取代反應(yīng)的區(qū)域。和其他芳香族化合物一樣，周環(huán)上與二氫卟吩大環(huán)共軛的不飽和碳碳和碳氧雙鍵仍然保持原有的化學(xué)反應(yīng)特征，而芳香性二氫卟吩母環(huán)則顯示出親電取代的化學(xué)反應(yīng)活性[10-12]。

圖2 卟啉和葉綠素-a及其衍生物的芳香性結(jié)構(gòu)

葉綠素-a 及其衍生物在A-B環(huán)端一般都連有烴類取代基團(tuán)而體現(xiàn)著親脂溶性，而C-D環(huán)端向的多氧官能團(tuán)則表現(xiàn)出相應(yīng)的親水溶性，良好的水脂溶性決定了葉綠素-a及其衍生物的廣泛生物利用度。葉綠素二氫卟吩的芳香性極限式B1是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的共軛體系決定著大環(huán)分子的最大可見光吸收。因此，沿著N21-N23軸的結(jié)構(gòu)修飾可以改變二氫卟吩分子的光物理性質(zhì)。

4 葉綠素-a的結(jié)構(gòu)修飾與新型光敏劑的合成

4.1 具有長波吸收的葉綠素類光敏劑的合成

如前所述，一個(gè)好的PDT光敏劑必須具有強(qiáng)烈的長波吸收(660～800nm)，葉綠素的最初降解產(chǎn)物脫鎂葉綠酸-a甲酯的最大可見光吸收為668nm，處于理想的治療窗口之內(nèi)。為了獲得具有更長最大可見光吸收的新型葉綠素類光敏劑，人們對(duì)葉綠素類二氫卟吩的多取代基本碳架進(jìn)行化學(xué)修飾和結(jié)構(gòu)改造，通過多種方式延伸葉綠素衍生物分子的最大可見光吸收。

焦脫鎂葉綠酸-a甲酯(2)(由1脫酯而得)的基本環(huán)系結(jié)構(gòu)屬于二氫卟吩碳架，沿其N21-N23軸引進(jìn)具有吸電子性的取代基團(tuán)可以在不同程度上延伸大環(huán)分子的最大可見光吸收。用四氧化鋨和高碘酸鈉將其C3-乙烯基氧化形成焦脫鎂葉綠酸-d甲酯(3)，其最大可見光吸收落到697nm處。將其E-環(huán)羰基與丙二腈進(jìn)行腦文格爾反應(yīng)，以二氰亞甲基替代132-位的環(huán)酮基，所生成的二氰亞甲基取代的二氫卟吩(4)的最大可見光吸收紅移了38nm(圖3)。

圖3 通過葉綠素的C-環(huán)及其N21-N23軸向的化學(xué)修飾合成新型光敏劑

一個(gè)或多個(gè)雙鍵的損失將引起四吡咯大環(huán)分子的氧化電位升高，其變化大小直接反映到分子的最高占有軌道(HOMOs)的相應(yīng)能級(jí)(即提升該軌道的能量)，由于分子中含有兩個(gè)二氫吡咯，所以細(xì)菌葉綠素衍生物的氧化電位要高于葉綠素類二氫卟吩。因此，將葉綠素的碳架轉(zhuǎn)化成細(xì)菌葉綠素的相應(yīng)結(jié)構(gòu)可以極大地提高分子的最大可見光吸收波長。早在1997年，Pandedy的研究團(tuán)隊(duì)采用四氧化鋨對(duì)C3-去乙烯基的紅紫素-18(5)及其內(nèi)酰胺(6)進(jìn)行氧化，將C7-C8位的雙鍵開裂為鄰位二醇結(jié)構(gòu)，順利地將二氫卟吩轉(zhuǎn)化為細(xì)菌葉綠素(7和8)，二者的最大可見光吸收均超過815nm，在光動(dòng)力活性的測(cè)試中顯示出非常理想的抗癌效果。日本學(xué)者Hitoshi Tamiaki通過氧化和重排的方法在二氫卟吩中氫化吡咯環(huán)的對(duì)角線位置上引入一個(gè)乙烯基[8]，該乙烯基與C7-C8鍵的環(huán)上雙鍵組成雙烯結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可以與各種親雙烯體發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)，生成相應(yīng)的細(xì)菌葉綠素[13]。Zheng等人利用相同的氧化過程將二氫卟吩(5和6)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的8-乙烯基二氫卟吩(9和10)，并以此為起始原料與丁炔二酸二乙酯(DMAO)進(jìn)行環(huán)加成反應(yīng)，以理想的產(chǎn)率生成一個(gè)相應(yīng)的光旋異構(gòu)體(11和12)，繼續(xù)在堿性條件下異構(gòu)成更加穩(wěn)定的細(xì)菌葉綠素(13和14)[14]，細(xì)菌葉綠素(13)的最大可見光出現(xiàn)在795nm處，而其酰胺化產(chǎn)物14的最大可見光吸收也超過800nm。

環(huán)并卟啉的合成在卟啉化學(xué)中尤為引人注目，環(huán)并結(jié)構(gòu)的形成能夠改變和優(yōu)化四吡咯大環(huán)分子的各種光學(xué)參數(shù)，對(duì)其激發(fā)狀態(tài)、配位行為和氧化還原電位等理化性質(zhì)也產(chǎn)生重要影響[13]。沿著N21-N23的軸方向并合的雜環(huán)共軛系統(tǒng)有效地延展了葉綠素類二氫卟吩的離域體系，使得其最大可見光吸收產(chǎn)生強(qiáng)烈的紅移，并在一定程度上導(dǎo)致二氫卟吩平面發(fā)生了相應(yīng)的扭曲。因此，在諸多層面上可以改變大環(huán)分子的光化學(xué)和光物理性質(zhì)，拓寬了葉綠素類二氫卟吩衍生物在光動(dòng)力治療中的應(yīng)用[15]。雜環(huán)并合的葉綠素類二氫卟吩基本都是利用連接在C-環(huán)上的多羰基取代基團(tuán)的化學(xué)反應(yīng)活性。Pandey在2000年利用空氣氧化將焦脫鎂葉綠酸甲酯(2)轉(zhuǎn)化為二氫卟吩二酮(15)，然后在三氟乙酸的催化下，于吡啶溶液中再與鄰苯二胺縮合，分別分離出苯并吡嗪并二氫卟吩(16)和咔唑并紅紫素-18的兩個(gè)同分異構(gòu)體(17和18)，它們的最大可見光吸收分別達(dá)到708nm、714nm和729nm[16]。我們利用外接E-環(huán)酮及其α-氫的化學(xué)反應(yīng)活性，在堿性條件下分別與鄰氨基苯甲羰基系列化合物和靛紅進(jìn)行Friedleander和Pfitzinger反應(yīng)，在E-環(huán)上并合一個(gè)喹啉環(huán)系，所得的含氮雜環(huán)稠并的二氫卟吩(19和20)的最大可見光吸收譜帶分別出現(xiàn)在708nm和712nm[17]。另外一種與葉綠素類二氫卟吩稠并的方式是利用其大環(huán)分子的芳香親電取代反應(yīng)活性，在C20-位上構(gòu)建能夠產(chǎn)生雙烯結(jié)構(gòu)的取代基團(tuán)，然后與C1-C2位碳碳雙鍵發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)形成細(xì)菌碳架。Mettath等人選擇紅紫素-18內(nèi)酰胺鎳配合物(21)為起始原料，通過Vilsmeier反應(yīng)在20-位上引進(jìn)甲酰乙烯基，所形成的鎳配合物(22)在三氟乙酸中環(huán)合成具有751nm最大可見光吸收的異細(xì)菌紅紫素-18內(nèi)酰胺(23)(圖4)[18]。

4.2 具有良好水脂溶性的葉綠素光敏劑的合成

在葉綠素類光敏劑的合成研究中，二氫卟吩的生物利用度是充分實(shí)現(xiàn)PDT效用的另一重要參數(shù)。四吡咯大環(huán)分子的親油性對(duì)光敏劑能否有效地聚集于腫瘤細(xì)胞起至關(guān)重要的作用，因此，在葉綠素衍生物的不同區(qū)域內(nèi)通過引進(jìn)不同的脂肪族碳鏈可以改變大環(huán)分子的水脂溶性。Zheng[14]及其合作者選擇脫鎂葉綠酸-a甲酯為起始原料，在堿性條件下將外接E-環(huán)轉(zhuǎn)化為環(huán)己內(nèi)酐結(jié)構(gòu)，所得到的紅紫素-18甲酯(24)繼續(xù)在堿性條件下與不同碳鏈的伯胺(圖5以正己胺為例)實(shí)施酰化，高產(chǎn)率地生成N-烷基紅紫素-18內(nèi)酰胺(25)，其在C-D環(huán)端向的內(nèi)酰胺氮原子上所連接的各種烷基對(duì)大環(huán)分子的水脂溶性產(chǎn)生明顯的影響。

圖4 通過葉綠素的E-環(huán)和20-meso-位的化學(xué)修飾合成新型光敏劑

圖5 具有良好水脂溶性的新型光敏劑的合成

實(shí)際上，Pandey的PDT研究組于1996年在《光化學(xué)和光生物學(xué)》雜志上已經(jīng)發(fā)表了相似的研究內(nèi)容。他們從焦脫鎂葉綠酸-a甲酯(2)開始，首先將E-環(huán)羰基用硼氫化鈉還原并生成131-位去氧焦脫鎂葉綠酸-a甲酯(26)，然后利用溴化氫對(duì)C3-乙烯基進(jìn)行親電加成形成溴代二氫卟吩；不經(jīng)分離直接與不同碳鏈的伯醇發(fā)生取代反應(yīng)，所得二氫卟吩醚(27)在A-B環(huán)端向引進(jìn)不同的親油性脂肪族烷基。根據(jù)光動(dòng)力活性的測(cè)試結(jié)果，無論是在A-B環(huán)端向還是在C-D環(huán)端向構(gòu)建長鏈烷基，都可以提高大環(huán)分子殺滅病變細(xì)胞的功效，特別是引進(jìn)含有6個(gè)碳原子的碳鏈，其分子的PDT抗癌活性最高。

基于相同的考慮，王進(jìn)軍等人將E-酮基用乙二醇預(yù)先加以保護(hù)，然后再通過四氧化鋨和高碘酸鈉將焦脫鎂葉綠酸-a甲酯(2)的3-位乙烯基氧化成甲酰基，所形成的焦脫鎂葉綠酸-d甲酯(28)與各種烷基溴化鎂進(jìn)行格氏反應(yīng)，再經(jīng)酸性條件下的脫保護(hù)過程生成C3-烷基取代的二氫卟吩醇(29)[19]。

4.3 具有靶向功能基團(tuán)的葉綠素光敏劑的合成

盡管卟啉類光敏劑在腫瘤細(xì)胞中具有選擇性積聚的特殊性質(zhì)，但是在PDT過程中光引發(fā)的相應(yīng)反應(yīng)仍然對(duì)腫瘤治療產(chǎn)生一定程度的限制。腫瘤治療的主要挑戰(zhàn)是殺滅病變細(xì)胞而不殃及正常組織，光動(dòng)力療法的最大優(yōu)勢(shì)也在于此。為了提高PDT治療光敏劑對(duì)癌細(xì)胞的選擇性積聚的能力，在光敏劑上連接對(duì)生物組織具有親和性能的靶向結(jié)構(gòu)(或者其他功能基團(tuán))也是合成新型光敏劑的一個(gè)研究熱點(diǎn)。近年來，許多文獻(xiàn)報(bào)道在葉綠素二氫卟吩周環(huán)上構(gòu)建糖苷結(jié)構(gòu)而連接不同的糖基，可以提升這些大環(huán)分子的光動(dòng)力抗癌活性。Pandey等人以C3-去乙烯紅紫素-18內(nèi)酰胺(6)為起始原料，經(jīng)過堿性條件下的空氣氧化反應(yīng)，將12-位甲基轉(zhuǎn)化成羥甲基，生成四氫卟吩衍生物(30)。然后，在路易斯酸催化下與全酰葡萄糖發(fā)生取代反應(yīng)，順利給出紅紫素-18內(nèi)酰胺-葡萄糖二綴體(31)。采用類似的合成方法，分別在C3-位和C8-位引進(jìn)單糖和多糖糖基而形成紅紫素-18內(nèi)酰胺-單糖或多糖糖苷(32和33)。同一研究小組利用紅紫素-18內(nèi)酰胺的17-位尾端酯基和環(huán)己內(nèi)酰胺氮原子上的取代基團(tuán)形成連接體，然后再與全酰化糖進(jìn)行偶聯(lián)，去保護(hù)基后分別得到二氫卟吩配糖體(34和35)(圖6)[20]。

圖6 具有靶向性的葉綠素類二氫卟吩配糖體的合成

2005年，Li及其合作者從3-(己氧基乙基)-焦脫鎂葉綠酸-a甲酯(29)開始，酸性水解后轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二氫卟吩酸(36)(又稱HPPH，已經(jīng)用于PDT臨床)，然后，通過DMAP(4-二甲氨基吡啶)的催化作用和DCC(N，N′-二環(huán)己基碳二亞胺)的脫水作用與連有連接體的乙基三胺五乙酸(DTPA)叔丁酯進(jìn)行偶聯(lián)(從對(duì)硝基苯丙氨基酸開始合成)，以84%的產(chǎn)率分離出二氫卟吩-DTPA叔丁酯二聯(lián)體(37)。在三氟乙酸環(huán)境中，其叔丁酯基水解形成二氫卟吩-乙基三胺五乙酸綴合體(38)，最后與六水三氯化釓進(jìn)行配位反應(yīng)，得到二氫卟吩-DTPA金屬釓配合物(39)(圖7)[21]。

圖7 具有靶向性的葉綠素類二氫卟吩-金屬釓配合物的合成

上述二氫卟吩-DTPA金屬釓配合物在體內(nèi)實(shí)體瘤中的選擇性聚集率要高于非金屬配位的同系物，其光動(dòng)力藥效也強(qiáng)于非釓配合物。在光動(dòng)力診斷方面，這些葉綠素類衍生物顯示出良好的應(yīng)用前景。在載瘤動(dòng)物注射二氫卟吩-DTPA金屬釓配合物(39)8小時(shí)以后，其磁共振成像結(jié)果遠(yuǎn)優(yōu)于目前臨床所使用的照影劑，腫瘤圖像的對(duì)比度得到大幅度提高。

具有獨(dú)特的共軛烯二炔結(jié)構(gòu)的天然產(chǎn)物一般均顯示出強(qiáng)烈的抗癌活性，例如已經(jīng)分離出來的neocarzinostatin[22]、esperamicin[23]、calicheamicinh[24]和dynemicin A1[25]的抗腫瘤活性都引起了人們的重視。這些化合物的高抗腫瘤活性是基于精巧地引發(fā)烯二炔的閉環(huán)反應(yīng)而產(chǎn)生的芳香族雙自由基A，后者再與DNA的核苷酸單元反應(yīng)而導(dǎo)致斷鏈(圖8)。結(jié)合卟啉類化合物的選擇性積聚于腫瘤細(xì)胞的特殊功能，作者設(shè)計(jì)了在葉綠素基本碳架上構(gòu)建共軛烯二炔結(jié)構(gòu),其目的在于合成具有以光動(dòng)力和化學(xué)方式抗癌的雙重功能的新型抗癌藥物。我們選擇E-環(huán)保護(hù)的二氫卟吩醛(28)為起始原料，在干燥的四氫呋喃中，與乙炔基溴化鎂在0℃下進(jìn)行格氏反應(yīng)生成加成產(chǎn)物二氫卟吩醇(40)，接著選擇N-甲基嗎啡啉氮氧化物和高釕酸四丙基胺作為混合氧化劑對(duì)3-位羥基實(shí)施氧化，高產(chǎn)率地生成3-乙炔甲酰基二氫卟吩(41)，然后經(jīng)過25%的乙酸處理，脫去E-環(huán)羰基保護(hù)基而得到二氫卟吩二酮(42); 為避免在后續(xù)反應(yīng)中絡(luò)合催化劑中的金屬離子，去保護(hù)基后在大環(huán)分子中心預(yù)先嵌鑲金屬鋅生成二氫卟吩絡(luò)合物(43)，然后在鈀鹽催化下與1Z-1-氯己-1-烯-3-炔進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)，最后經(jīng)鹽酸處理,剔除中心金屬離子,得到具有烯二炔結(jié)構(gòu)的二氫卟吩酮(44)。PDT應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，具有共軛烯二炔結(jié)構(gòu)的二氫卟吩化合物均顯示出很強(qiáng)的光動(dòng)力抗癌活性(圖9)[27]。

圖8 烯二炔抗癌抗生素的閉環(huán)反應(yīng)

圖9 具有烯二炔結(jié)構(gòu)的葉綠素類二氫卟吩衍生物的合成

4.4 納米粒徑包裹的葉綠素光敏劑的合成

由于卟啉類光敏劑的分子太大，并且具有明顯的疏水性，因而作為注射用藥的光敏劑很難穿透細(xì)胞壁而實(shí)施藥效。將納米制藥應(yīng)用于光動(dòng)力腫瘤治療是PDT研究的一個(gè)新的熱點(diǎn)領(lǐng)域。納米粒徑包裹的PDT光敏劑可以大大提高吸收利用度，使其更容易穿透組織間隙和許多生物屏障，擴(kuò)大分布范圍。另外，對(duì)PDT藥物進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎椇?，能夠大幅度提高藥物的靶向性，增?qiáng)光動(dòng)力抗癌藥物的功效，降低其毒副作用。

Prasad領(lǐng)導(dǎo)的研究小組選擇表面活性懸浮浮粒(AOT)、輔助表面活性劑正丁醇、乙氧乙烯基硅烷(TEVS)和3-氨基丙炔基三乙氧基硅烷(APTES)與3-(1-己氧乙基)-3-去乙烯基焦脫鎂葉綠酸-a(HPPH，45)在N，N-二甲甲酰胺中相互作用，然后通過透析除去剩余的表面活性懸浮浮粒和輔助表面活性劑，制成其粒子直徑平均為30nm的水溶性載藥硅納米顆粒光動(dòng)力抗癌藥物。這些包裹光敏劑的納米顆粒在體內(nèi)可以被腫瘤細(xì)胞充分吸收，其類肽結(jié)構(gòu)的官能化又給予光敏劑以良好的靶向功能。盡管葉綠素光敏劑包裹在硅納米顆粒中間，但是，經(jīng)過合適波長的激光照射以后，激發(fā)的光敏劑可以生成充分的單線態(tài)氧，進(jìn)而有效地完成光動(dòng)力腫瘤治療過程。目前，該課題組正在利用其他不同的配體進(jìn)行納米硅粒子表面的修飾工作，合成更為優(yōu)秀的腫瘤靶向的光動(dòng)力抗癌藥物(圖10)[28]。

圖10 水溶性載藥硅納米顆粒光動(dòng)力抗癌藥物的制備

Pandey課題組近期報(bào)道了有機(jī)修飾的硅納米粒子作為光動(dòng)力治療過程藥物輸送載體的合成工作。他們從HPPH(45)出發(fā)，與N，N-二甲基乙二胺進(jìn)行酰胺化，形成具有連接體的二氫卟吩酰胺(46a)，然后再與四-對(duì)羧苯基卟啉相互作用，得到HPPH的四聚體(47)。采用相同合成策略，選用N-叔丁氧羰基-N-胺乙基乙二胺為連接體得到(46b)，進(jìn)而與四-對(duì)羧苯基卟啉縮合，完成了HPPH的八聚體(48)的合成。然后，將這些含有多個(gè)HPPH單元的光敏劑用硅納米粒子包裹，制成用于PDT治療的納米抗癌藥物。初步藥理實(shí)驗(yàn)證明，這些含有多個(gè)葉綠素基本單元的納米制劑具有優(yōu)良的光敏性能和理想的生物利用度(圖11)[29]。

圖11 多單元HPPH納米光動(dòng)力抗癌藥物的制備

5 臨床和半臨床的葉綠素類二氫卟吩光敏劑

在光動(dòng)力腫瘤治療中最著名的臨床的葉綠素類二氫卟吩光敏劑當(dāng)屬葉綠酸衍生物HPPH(3-(1-己氧乙基)-3-去乙烯基焦脫鎂葉綠酸-a)，該藥物在美國已經(jīng)二期臨床，在中國也處于臨床前研究的后期?？鼓[瘤光敏劑HPPH屬于第二代光敏劑，其基本結(jié)構(gòu)為二氫卟吩類化合物。美國Roswell Park腫瘤研究所的研究人員從綠色植物中提取、純化，半合成了一系列的二氫卟吩類化合物，通過檢測(cè)這些化合物的光譜學(xué)特性、光毒性、暗毒性，進(jìn)行體外抑癌試驗(yàn)以及構(gòu)效關(guān)系的研究以后，篩選出結(jié)構(gòu)單一、長激發(fā)波長、暗毒性小的二氫卟吩衍生物HPPH作為PDT光敏劑。HPPH具有良好的光動(dòng)力活性，理想的作用光譜以及準(zhǔn)確的靶向性，對(duì)腫瘤組織的穿透率高，臨床用于肺癌、食管癌、頭面頸癌、膀胱癌、胃癌等多種實(shí)體腫瘤的治療；與第一代相應(yīng)的光敏劑相比，其光毒性明顯降低，基本不需要避光，用量小，使用方便，是一種極富市場(chǎng)潛力的PDT治療癌癥用光敏劑。

HPPH的制備也是從葉綠素-a開始，經(jīng)降解反應(yīng)生成焦脫鎂葉綠酸-a(49)，然后通過溴化氫乙酸溶液與其C3-位乙烯基的親電加成反應(yīng)，生成1-溴乙基焦脫鎂葉綠酸-a(50)，然后，利用C3-溴原子的反應(yīng)活性，在堿性條件下與正己醇成醚，以理想的產(chǎn)率完成光敏劑3-(1-己氧基)-焦脫鎂葉綠酸-a(45，HPPH)(圖12)。

圖12 用于臨床的光動(dòng)力抗癌藥物HPPH的合成

NPe6(55，單-天冬酰胺基二氫卟吩-e6)是另一種應(yīng)用于臨床的第二代光動(dòng)力腫瘤治療的光敏劑，在日本已經(jīng)獲批用于治療早期肺癌。NPe6也是由葉綠素-a衍生而成，由于在17-位尾端存在著天冬酰胺殘基，NPe6顯示出良好的親水性。脫鎂葉綠素-a(51)在三氟乙酸中選擇性水解成脫鎂葉綠酸-a單酯(52)，然后，與天冬氨酸二甲酯鹽酸鹽進(jìn)行酰化反應(yīng)生成二氫卟吩酰胺(53)，在堿性條件下開環(huán)反應(yīng)給出NPe6二甲酯(54)，最后堿性水解成光敏劑NPe6(55)(圖13)[30]。

NPe6在664nm處顯示出很強(qiáng)的吸收，其摩爾吸光系數(shù)為4×104L·mol-1·cm-1。NPe6的Ⅰ期臨床試驗(yàn)通過了所有的安全性和耐受性等方面的測(cè)試，在用藥24～48小時(shí)后，可以觀察到腫瘤細(xì)胞壞死[31-32]。在Ⅱ期和Ⅲ期臨床試驗(yàn)中，NPe6對(duì)肺癌、肝癌、皮膚癌和擴(kuò)散性腫瘤的治療效果都令人振奮。另外，由于NPe6在體內(nèi)代謝過程很快，對(duì)人體的正常組織的損傷較少[33-35]。因此，NPe6是一種非常有應(yīng)用前景的光動(dòng)力抗腫瘤藥物。

紅紫素18-內(nèi)酰胺甲酯(57)及其17-位羧酸酯的水解產(chǎn)物紅紫素18-內(nèi)酰胺(58)是具有外接六元環(huán)的葉綠素類PDT光敏劑，其最大可見光的吸收波長達(dá)到700nm，目前其光動(dòng)力腫瘤治療的研究已經(jīng)處于臨床試驗(yàn)階段。其合成也是從葉綠素-a的降解反應(yīng)開始，經(jīng)過氧化、重排和再成環(huán)等一系列反應(yīng),生成N-正己基紅紫素-18內(nèi)酰胺(25)。3-位乙烯基與溴化氫的親電加成反應(yīng)轉(zhuǎn)化成3-位溴乙基取代的紅紫素-18內(nèi)酰胺(56)，堿催化的成醚反應(yīng)得到在大環(huán)兩端都連有直鏈己基的二氫卟吩衍生物(57)，進(jìn)一步酸性水解得到紅紫素-18內(nèi)酰胺(58)(圖14)[36]。

圖13 處于半臨床光動(dòng)力抗癌藥物單-天冬酰胺基二氫卟吩-e6的合成

圖14 處于臨床試驗(yàn)階段的半臨床光動(dòng)力抗癌藥物紅紫素18-內(nèi)酰胺的合成

6 展望

盡管第一代卟啉類光敏劑光敏素(Photofrin(PF)以及HpD)存在著許多嚴(yán)重的缺陷，但在人類攻克癌癥的研究歷史過程中開創(chuàng)了一個(gè)全新理念的治療模式，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用。近年來，人們把光動(dòng)力療法研究的重點(diǎn)集中在大量研發(fā)第二代光敏劑，使PDT的研究進(jìn)入到一個(gè)嶄新的階段，特別是以天然產(chǎn)物為基本研究對(duì)象的新型光敏劑的研發(fā)。許多用于治療多種適應(yīng)癥的不同類型的光敏劑正處于Ⅰ期、Ⅱ期或Ⅲ期臨床試驗(yàn)階段，這些令人鼓舞的研究成果進(jìn)一步激勵(lì)人們?cè)赑DT領(lǐng)域中的熱情和信心。我們有理由堅(jiān)信，在不遠(yuǎn)的將來，光動(dòng)力療法將會(huì)成為放療、化療和手術(shù)之外的第4種治療惡性腫瘤的重要手段，發(fā)展空間非常廣闊。

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