具有pH应激能力的肿瘤靶向"智能"型近红外荧光探针

肿瘤的早期诊断是控制癌症死亡率最有效的措施之一。本项目拟合成一类用于肿瘤早期诊断的靶向"智能"型近红外荧光探针。此类探针中，近红外荧光基团将通过pH敏感的腙键或缩醛键标记到葡聚糖上。正常组织中（pH＝7.4），探针上空间相邻的荧光基团由于自身荧光淬灭作用使探针信号处于"沉默"状态。然而在肿瘤微酸环境中（pH=4.5－6.9），腙键或缩醛键的水解将抑制荧光淬灭作用并使探针信号转换到"开启"状态。同时在葡聚糖载体上多位点标记的RGD环肽将实现探针对肿瘤新生血管高表达αVβ3整合素蛋白受体的主动靶向性。由于微酸环境几乎是所有实体瘤的共同特征，因此具有"pH诱导荧光信号增强"和"受体主动靶向"协同作用的目标探针将较传统受体靶向探针具有更高的肿瘤/正常组织信噪比并较少受到肿瘤类型，发展阶段等个体因素影响。本项目的开展将为早期/小体积实体瘤诊断提供新的研究思路和必要的前期临床实验基础。

癌细胞高水平糖酵解所造成的组织间液酸化（pH 6.2-6.9）是肿瘤微环境最普遍的现象。此外，癌细胞溶酶体内液（pH 3.8-4.7）也往往较正常细胞溶酶体（pH 4.5-6.0）呈现更强酸性。与传统受体靶向探针相比，对生理酸性环境响应探针不但将较少受到肿瘤个体因素影响，其信号从正常组织内的“沉默”状态到肿瘤酸性环境“开启”状态将大幅提高肿瘤/正常组织间的信噪比，为肿瘤早期诊断、早期治疗开辟新的途径。我们紧扣任务书中研究目标，构建了一系列对生理酸性环境响应的荧光探针。其不但实现对肿瘤，特别是小体积转移病灶的高信噪比示踪，而且还发现肿瘤内部酸化区域的空间分布与其转移、侵袭性均存在密切关系。最新工作构建了适用于影像指导肿瘤切除和热杀灭的近红外诊疗一体化探针，为手术进程中肿瘤精准切除和定点清除提供新的工具。主要创新成果有：（1）构建一系列对生理酸性环境敏感近红外荧光探针。荧光基团通过酸敏感的腙键两两相连或多位点标记到大分子上。正常组织中，空间相邻的荧光基团由于自身淬灭作用使信号处于“沉默”状态。然而在肿瘤酸性环境中，腙键快速水解使荧光基团间间距增加，淬灭作用消失并使探针信号转换到“开启”状态。活体光学成像表明酸敏感探针不但实现皮下和原位脑胶质瘤模型的高信噪比示踪，而且成功监测到体积小于0.5 mm3肺转移瘤。（2）小分子pH敏感探针发现肿瘤内部酸性区域空间分布与肿瘤转移倾向存在密切联系。高转移倾向肿瘤中，酸化区域呈块状零星分布在肿瘤外周。而低转移倾向肿瘤中，酸化区域则均匀分布在整个肿瘤。（3）构建了对生理pH具有反向响应能力的诊疗一体化近红外荧光探针。该探针荧光量子产率从pH 7.4到2.5提高了1020倍，同时其光热效率从pH 2.5到7.4提高了7.1倍。该探针进入细胞溶酶体和线粒体后，一方面通过识别癌细胞溶酶体内酸性环境实现肿瘤特异性示踪，另一方面在线粒体碱性环境中（pH 7.5-8.2）探针光热效应达到最大值并选择性杀灭癌细胞。该诊疗一体化探针不但适用于手术过程中影像指导下的肿瘤切除，还可以发现并杀灭与重要血管或神经相邻的微小肿瘤病灶，降低肿瘤复发风险并提高预后疗效。本项目成果对促进肿瘤的高灵敏度、高普适性示踪，无创评估肿瘤转移、侵袭倾向，拓展影像指导下肿瘤切除/杀灭疗效均有重要的研究和临床意义。