多功能七甲川花菁染料用于肿瘤靶向近红外荧光成像的基础研究

前期工作意外发现了具有肿瘤靶向作用和近红外荧光成像特性的多功能七甲川花菁类染料IR-780，并在Lancet Oncol等杂志报道；该分子不需要与肿瘤特异性配体连接，即可选择性地高效蓄积在肿瘤细胞线粒体内，对多种肿瘤细胞和肿瘤动物模型均表现出独特的靶向成像特性，肿瘤部位与周围对照组织的荧光信号比值可达20（而现有的肿瘤靶向近红外成像的分子探针，这一比值大于3即被认为具有靶向作用）；该分子同时显示出良好的安全性，给予成像剂量的100倍剂量，未见毒性反应，具有潜在重要应用前景；在此基础上，拟以前期获得的先导化合物为基础，通过在体动物模型和临床标本研究，明确此分子对肿瘤恶性生物学行为早期事件的靶向成像作用及其分子基础，并揭示其在肿瘤细胞线粒体选择性蓄积的跨膜转运机制；进而通过化学结构修饰，改善此类分子的生物相容性，获得优化的候选结构，初步完成生物学评价，为肿瘤的早期诊断提供理论依据和可能途径。

根据任务计划书和研究内容，本项目在前期工作基础上，针对七甲川花菁染料IR-780及其衍生物，从组织、细胞和分子等不同层次，通过多种动物模型和临床标本，研究了该类化合物对肿瘤早期生物学事件的成像和识别的特点及机制，并合成以一系列不同化学修饰衍生物，研究其作为肿瘤早期诊断的可行性，取得的主要结果如下：（1）在多种细胞、动物模型和临床标本上开展IR-780靶向成像特性研究，明确其对肿瘤的靶向作用，并发现IR-780能够识别和分离具有干细胞样特性的肿瘤细胞群；初步证实IR-780及其类似物能够识别早期恶性肿瘤细胞，并可检测发生转移的前哨淋巴结。（2）深入探讨了IR-780及其类似物靶向肿瘤细胞的相关分子机制，揭示了IR-780肿瘤靶向作用的影像因素和跨细胞膜转运机制，初步鉴定其在线粒体内存在蛋白作用靶点，发现IR-780进入肿瘤细胞依赖于糖酵解，揭示肿瘤细胞膜表面高表达的一类有机阴离子转运多肽（OATP1B3）和亲脂阳离子特性是其靶向肿瘤细胞以及进一步线粒体选择性蓄积的机制，提出线粒体内膜上的转运体ABCB10可参与IR-780的转运过程并调控肿瘤细胞的干性，为肿瘤发生的早期诊断与肿瘤药物的靶向设计提供理论依据。（3）建立了IR-780类化学分子的合成路线，设计合成了一系列衍生物，初步揭示了该类分子肿瘤靶向成像特性与其化学结构的关系，且发现适宜的脂水分布系数（logP：6-7）有利于该类分子的肿瘤靶向性；通过靶向活性评价，并结合计算机辅助设计、结构模拟等获得内在的构效关系，进而优化设计，获得肿瘤特异性强、水溶性好且具有自主知识产权的IR-780新衍生物。（4）研究了IR-780及其类似物对肿瘤及肿瘤干细胞的杀伤作用。以IR-780 为先导化合物，通过对其类似物合成与筛选，发现了多个IR-780的类似物可靶向线粒体通过化学毒性、光动力、光热等多种途径发挥抗肿瘤活性；成功与5-氟尿嘧啶、氮芥、阿霉素以及纳米石墨烯等进行连接，证明IR-780及其类似物可作为肿瘤治疗药物的载体，为制备多功能肿瘤诊断治疗药物提供了依据。