【《影响光动力治疗的因素分析文献综述》10000字】

影响光动力治疗的因素研究文献综述光源、O2和PS是构成PDT的三个必要因素，PDT的治疗效果取决于这三者在作用位点的相互作用（图1.14）[45]。图1.14影响光动力治疗的主要因素示意图[45]Figure1.14Schematicillustrationofthemainfactorsaffectingphotodynamictherapy[45]1光源1.1光的穿透深度光是一种以不同波长进行传播的电磁辐射，整个光谱范围（波长从10-16到108m）大致分为γ射线、X射线、紫外线（UV）、可见光、红外线和无线电波[46]。PDT是利用光作为能源，实现PS的光敏化过程，因此在临床应用中光对皮肤的穿透深度是实现PDT的先决条件之一[47]。在对深层组织癌的治疗中，光与皮肤等组织相互作用时，存在一定的反射和散射现象，对光不同波段光的穿透性影响不同，这使得光的实际作用效率降低，光的穿透深度和传递效率是影响PDT实际作用效果的两个主要障碍（图1.15）[46,48]。图1.15不同波长的光在组织穿透深度中的影响因素（包括光的反射、散射和吸收）及不同波长的光与皮肤穿透深度之间的关系示意图[46,48]Figure1.15Schematicillustrationofthefactorsaffectingthetissuepenetrationdepth(includinglightreflection,scatteringandabsorption)withdifferentlightwavelengths.therelationshipbetweenthelightwavelengthandthedepthofskinpenetration[46,48]活体组织是一种高度复杂的动态混浊介质，对光具有吸收、散射、透射等作用[49]。由于内源性荧光团（血红蛋白Hb、黑色素等）在低于600nm的可见光（Vis）区域中吸收性较强，因此，理想的PS应在600nm以上的光谱范围具有良好的光吸收能力[50,51]。另外，随着波长的增加，由于能隙狭窄和相对较快的非辐射跃迁，光的能量会发生收缩，在实际PDT中长波长的光（例如λ＞850nm）对PS的激活效率下降[45,52]。因此，大多数PS的吸收波长范围限定在600nm至850nm（图1.16）[53]。1.2克服光穿透深度的方法针对传统PDT过程中光穿透深度有限的问题，目前有以下几种解决策略：图1.16PDT中不同激发源的组织穿透深度示意图[53]Figure1.16IllustrationoftissuepenetrationdepthwithdifferentexcitationsourcesinPDT[53]（1）利用上转换或双光子材料作为光传感器，实现长波长的光与可见光的转化。图1.17（A）上转化纳米材料光转化用于光敏药物激发示意图；（B）上转换纳米材料与光敏剂的主要结合方式（如共价结合、疏水相互作用、静电相互作用、硅壳嵌入和直接涂抹）Figure1.17(A)SchematicdiagramoftheUCNPsphotoconversionprocessforexcitingphotosensitiers;(B)ThemainintegratingstrategiesbetweenUCNPsandphotosensitizer(includingcovalentbonding,hydrophobicinteraction,electrostaticinteraction,siliconshellembeddinganddirectcoating)上转换是一种通过反斯托克斯光致发光过程，将低能光转换为高能发射光的重要光子现象[54]。通过掺杂剂的调控，上转换纳米材料（UCNPs）的上转换范围可实现从远红外转换为近红外（NIR）、NIR转换为可见光或者UV[55]。UCNPs发出的光具有不闪烁、不漂白、散射少的特点，并且能够穿透较深的组织。因此，将光敏材料与UCNPs联合，NIR光照射激发UCNPs产生较短波长的光用于激活PS（图1.17），克服传统PDT中光穿透深度浅的限制[45]。例如，Han等人将5-氨基乙酰丙酸（ALA）共价连接到UCNPs表面，制备出一种新型的PDT制剂（图1.18），该UCNPs制剂具有3.2％的绝对上转换量子产率，且在安全的激光功率密度下（920nm，0.5Wcm-2），对深层肿瘤具有显著的PDT效果[56]。双光子吸收（TPA）是指能够同时吸收两个频率相同或者不同的光子的一种现象，利用TPA过程可以将分子从S0激发到高能激发态[57]。双光子激发诱导的PDT是一种实现深层组织渗透和选择性激活PS的有效策略之一[58]。2008年Wilson及Anderson等人基于卟啉类光敏剂进行了双光子PDT的体内研究，结果显示卟啉二聚体的TPA截面比标准临床光敏分子的TPA截面高两个数量级以上，使用NIR激光（920nm，300fs，90MHz，39mW）可有效产生ROS，引起细胞死亡[59]。图1.18共价连接5-ALA的UCNPs：ALA-α-NaYF4:Yb(80%),Er-(2%)@CaF2UCNPs采用NIR辐照用于深层肿瘤PDT治疗示意图[56]Figure1.18SchematicillustrationofthePDTeffectofALA-α-NaYF4:Yb(80%),Er-(2%)@CaF2UCNPsfordeeptumortreatmentunderNIRirradiation[56]（2）基于生物发光共振能量转移（BRET）或化学发光共振能量转移（CRET）构建“自发光”PDT体系。自发光，是在不使用外部光源的情况下利用特定化学反应而发光的现象，包括生物发光(BL)和化学发光(CL)[60,61]。利用BL或CL供体到受体分子的能量转移，可以无需依赖外部光源而在细胞内实现光敏物质的激活（图1.19），这种设计可以极大地提高PDT在常规癌症治疗中的作用[62]。图1.19PDT过程中外部光源与基于BRET/CRET诱导的自发光作用范围差异示意图[62]Figure1.19SchematicillustrationofthedifferentirradiationrangesbetweentheexternallightsourceandtheBRET/CRET-inducedself-luminescenceininPDTprocess[62]Lai课题组将荧光素酶8（Rluc8）固定在CdSe/ZnS量子点表面，制备出BRET介导的PDT体系QD-Rluc8（图1.20）[63]。在加入腔肠素后，QD-Rluc8的生物发光峰落在655nm，并能通过BRET激发光敏物质，产生ROS，对A549细胞具有杀伤效果，并显著延迟体内肿瘤的生长。Yun等人的进一步研究显示经Rluc8修饰的量子点通过BRET诱导PDT可有效治疗深层组织中前哨及次级淋巴结肿瘤及转移瘤[62]。图1.20荧光素酶固定的量子点QD-RLuc8用于自发光诱导的PDT示意图[63]Figure1.20SchematicdiagramofthebioluminescenceinducedPDTbyRLuc8-immobilizedquantumdots-655(QD-RLuc8)[63]（3）X射线用作PDT光源，用于肿瘤的治疗。图1.21ScNPs充当X射线换能器，通过电子转移过程激活PS诱导PDT示意图Figure1.21Schematicillustrationofthescintillatingnanoparticles(ScNPs)actingasX-raytransducerstoactivatePSthroughtheelectrontransferprocess由于X射线不受组织穿透的限制，因此利用X射线作为光源，可以有效克服PDT过程对NIR光的依赖。在该过程中，宽带隙材料是一类特殊的闪烁体，能够将吸收的X射线直接转换成UV或者Vis[45]，进而激活光敏分子，因此基于X射线诱导的PDT能有效克服光穿透深度的限制（图1.21）[45,64,65]。例如，施剑林团队开发了掺有Ce（III）的新型核壳纳米结构LiYF4@SiO2@Zn，利用放疗和电离辐射协同作用诱导深层PDT。结果显示，LiYF4@SiO2@Zn能够将X-射线转换为UV，经X射线照射后产生·OH，而且在小鼠深层肿瘤模型中的PDT效果显著增强（图1.22）[66]。图1.22Ce（III）掺杂的LiYF4@SiO2@Zn制备过程及其放疗和电离辐射协同作用诱导深层PDT示意图[66]Figure1.22SchematicdiagramofthepreparationprocessofCe(III)-dopedLiYF4@SiO2@ZnandthesynergisticeffectofradiotherapyandionizingradiationtoinducedeepPDT[66]（4）利用切伦科夫辐射（CR），克服光的组织穿透深度的局限。CR是一种电磁辐射现象，在给定的媒介中，当高速带电粒子（正电荷或负电荷粒子）的传播速度高于光速时[67]，带电粒子可以使介质的分子极化，极化的激发高能态分子弛豫回到S0时产生CR发光，这种辐射光包括200–1000nm的连续光，其能量范围约6.1–1.23eV（图1.23）[67,68]。Achilefu等人使用放射性核素的CR激活负载转铁蛋白的纳米二氧化钛（TiO2），能够有效杀死肿瘤细胞，并显著抑制小鼠的肿瘤生长[69]。尽管CR辐射可大大增强组织的穿透深度，但由于CR光子通量较低，需要有效的信号放大器和优化光收集系统实现有效的CR辐射介导的PDT治疗[45]。图1.23CR诱导激发TiO2纳米颗粒产生OH·/O2.-示意图[45,69]Figure1.23SchematicdiagramoftheproductionofOH·/O2.-inducedbyCRexcitationofTiO2nanoparticles[45,69]1.3化学发光1化学发光基本原理化学发光（CL）是一种利用化学反应所释放出的能量产生发光的现象[70]。在CL过程中，CL基质（如反应物、中间体或荧光团）被氧化激活后形成高能中间体，该中间体通过自身分解发光或将其能量转移到附近的荧光团，激发荧光物质产生发光而自身回到S0[71,72]。CL过程没有明显的热辐射，并且CL是利用化学能实现对分子的激发，因此不需要外部光源[72]。根据化学能转换机制的不同，CL通常可分为两种：第I类CL（直接CL）和第II类CL（间接CL）。（1）第I类CL：如图1.24，在该过程中，CL底物首先经氧化产生不稳定的高能激发中间体C*，在C*衰变至S0的过程中发出光子[71]。（2）第II类CL：间接CL通常包含从激发态中间体到附近荧光团的能量转移过程（图1.24）[71]。CL底物经激发后产生激发态产物D*，D*通过CRET将其能量快速转移到附近的荧光染料分子E，处于激发态的染料分子（E*）以发光形式释放能量返回至S0。在CRET过程中，D*和E分别充当能量供体和受体[71]。图1.24直接/间接化学发光反应示意图[71]Figure1.24Schematicillustrationofdirect/indirectchemiluminescencereaction[71]2常见的液相化学发光体系液相CL体系的操作简单、信号稳定、应用范围广，常用于分析、监测及诊断等方面[73]。常见的液相CL发光试剂包括鲁米诺（Luminol）类、过氧草酸酯类等。（1）鲁米诺类CL体系鲁米诺是一类酰肼化合物，在碱性溶液中，能与氧化剂（如Fe2+、Cu2+、Co2+或H2O2）发生反应，伴随CL[74]。Luminol的CL属于第I类CL，也是最常用的CL反应之一。Luminol的CL机理是羰基化合物的亲核加成反应。如图1.25，Luminol被氧化成激发态3-氨基邻苯二甲酸酯离子，该激发态离子弛豫到S0，伴随蓝色发光，其Fmax位于425nm[75,76]。由于Luminol具有良好的水溶性、稳定性以及较高的CL效率，这类CL衍生物已广泛应用于传感、生物成像和癌症治疗等生物领域[77]。然而，由于Luminol与H2O2之间的反应速率慢，因此通常需要添加诸如过氧化物酶和血红素等催化剂，加快反应速率，提高CL强度[71]。图1.25鲁米诺CL体系机理示意图[77]Figure1.25SchematicdiagramoftheCLworkingmechanismofluminolsystem[77]（2）过氧草酸酯类CL体系过氧草酸酯化学发光（PO-CL）属于间接CL类型，因此PO-CL体系通常包含草酸芳基酯、氧化剂（通常为H2O2）和染料三部分[78]。PO-CL的发光机理是H2O2氧化过氧草酸酯生成过氧酸单元，过氧酸单元经过内部环化反应形成电子激发的1,2-二氧杂环丁酮高能中间体，然后该中间体分解并通过CRET激发临近的荧光团，产生CL（图1.26）[79]。PO-CL体系具有高灵敏度、高量子效率和长发光寿命等特点，逐渐用于传感、成像以及肿瘤治疗等众多研究领域[78]。图1.26CPPO-H2O2化学发光原理示意图[80]Figure1.26SchematicdiagramoftheCLworkingmechanismofCPPO-H2O2system[80]1963年，Chandrosss首次报道了PO-CL现象。在9,10-二苯基蒽存在下，H2O2与过氧草酰氯产生蓝白色光[81]。随后，对不同取代基的过氧草酸酯CL反应的研究逐渐深入[82]。目前，最常用的过氧草酸酯包括双（2,4,5-三氯苯基-6-戊氧基苯基）草酸酯（CPPO）和双（2,4,6-三氯苯基）草酸酯（TCPO）（图1.27）。为避免PO-CL底物在水性介质中的自发水解，拓展其在体内的进一步应用，将这类发光底物与染料以稳定的胶束或纳米颗粒的形式封装，可有效实现PO-CL在水中的化学能转移[71]。图1.27CPPOandTCPO化学结构Figure1.27ChemicalstructuresofCPPOandTCPO（3）化学发光诱导的PDT研究进展由于生物体自身对光存在不同程度的吸收以及散射，因此，光的组织穿透能力受到不同程度的限制[83,84]。尽管NIR光可作用于较深的组织部位，但有效治疗深层疾病或转移性癌症仍然是一项艰巨的任务。而CL可在病变组织内部原位产光，利用CL替代外部光源，构建CL自激发的PDT体系，有助于监测和治疗深层肿瘤等疾病[85]。2012年王树课题组首次报道了基于CRET的新型PDT体系。如图1.28所示，利用Luminol-H2O2-辣根过氧化物酶（HRP）产生的CL激发光敏材料OPV，体内外实验显示Luminol的原位CL能够通过CRET有效激发OPV产生ROS，杀死癌细胞。该体系通过将CL与PDT组合，避免外部光源的使用，开辟了一种新型PDT治疗模式[86]。图1.28鲁米诺原位生物发光激活阳离子OPV用于PDT示意图[86]Figure1.28SchematicdiagramofthesynthesisandtheinsitubioluminescenceexcitationprocessofcationicOPVbyluminolforPDT[86]2017年Liu等人将AIE分子和PO-CL联合，构建了新型成像介导的自发光PDT诊疗体系C-TBDNP（图1.29）[80]。在H2O2作用下，CPPO反应产生的化学能通过CRET激发AIE，从而产生NIR和1O2信号，用于肿瘤成像和治疗。图1.29C-TBDNPs制备过程及其基于CL诱导光敏分子TBD生成1O2的原理示意图[80]Figure1.29SchematicdiagramofthepreparationprocessofC-TBDNPsandtheCLinduced1O2generatingprincipleofTBD[80]2018年，唐波课题组将Ce6和葡萄糖氧化酶（GOx）连接到中孔二氧化硅的表面，并将CPPO和全氟己烷封装在空腔中，报道了一种CL诱导PDT和饥饿疗法协同治疗的仿生纳米反应器，用于对抗肿瘤转移（图1.30）[87]。在肿瘤细胞中，GOx消耗葡萄糖实现饥饿治疗，产生的H2O2诱导CL激发PDT效果，实现对癌细胞的联合治疗。图1.30仿生纳米反应器（HMSNs-GOx-Ce6@PFC-CPPO@C）的制备及CL诱导PDT和饥饿疗法协同作用示意图[87]Figure1.30Schematicdiagramoftheformationofthebiomimeticnanoreactor(HMSNs-GOx-Ce6@PFC-CPPO@C)andthesynergisticeffectofCL-inducedPDTandstarvationtherapy[87]与小分子、AIEgens或其他染料相比，半导体聚合物的消光系数大、光吸收能力和光稳定性强[88,89]。2019年刘景丰课题组利用半导体聚合物PFPV作为CL转换器，用PEG-PCL/叶酸-PEG-胆固醇将CPPO、PFPV、四苯基卟啉（TPP）共同包封，开发了一种新型叶酸靶向递送的自发光PDT纳米反应器，用于癌症成像和治疗（图1.31）[90]。CPPO与肿瘤中过表达的H2O2反应CL用作激发光源，经PFPV进行粒子内级联能量转移，最终激发TPP产生1O2，抑制肿瘤生长。图1.31纳米反应器POCL经H2O2触发的化学发光及其诱导产生1O2的示意图[90]Figure1.31SchematicdiagramofthechemicalconstituentsofnanoreactorPOCLandtheNIRCLtriggeredbyH2O2aswellastheCL-induced1O2generationforPDTapplication[90]2氧气PDT是一种耗氧的过程，其治疗效果高度依赖组织环境中O2的含量，PS周围环境中的O2含量直接决定着1O2的产率，进而影响PDT治疗效果[91]。肿瘤部位细胞的快速增长致使肿瘤微环境（TME）处于乏氧状态，这将极大降低PDT的作用效果。另一方面，PDT过程中对O2的快速消耗以及对肿瘤部位血管的刺激损害使得血管关闭，加剧乏氧情况，这种负反馈循环的形成不利于PDT的进一步应用。因此，克服乏氧对提高PDT治疗效果、扩大PDT的应用范围意义重大。2.1肿瘤乏氧微环境简介多项研究表明，TME的最显着特征之一是O2含量较低。在正常组织中O2的含量（pO2）范围约为4％~7.5％，而TME中的O2含量介于0.3％~4.2％之间，且大多数情况O2含量低于2％（图1.32）[92]。图1.32肿瘤乏氧微环境示意图。低氧条件增加HIF-1α的表达，促进肿瘤的生长、转移并增强对常规肿瘤治疗的抵抗能力[92]Figure1.32Schematicillustrationofthehypoxiamicro-environmentintumor.TheexpressionofHIF-1αwillbeincreasedduetothelowO2environment,whichpromotestumorgrowth,metastasis,andimprovestheresistancetoconventionaltumortreatment[92]TME乏氧是由多种原因引起的。第一，肿瘤区域的血管受损使得该区域的肿瘤生长畸形、血管系统紊乱。异常的TME导致血液灌注有限，进而引起急性缺氧[93]。第二，深层实体瘤的血管生长速度慢，从而导致远端（70至200μm）细胞的O2供应不足[94]。第三，深层实体瘤中有限的血管扩散诱导慢性缺氧，高呼吸强度与O2不足产生过量的一氧化碳，导致中毒性缺氧[95]。第四，肿瘤相关治疗引起Hb的O2转运能力明显受损，引起贫血性缺氧[96]。肿瘤部位的复杂性使得乏氧分布呈现一定的不均匀性。乏氧状态是预后不良的重要因素，并且与肿瘤恶化、侵袭和迁移密切相关[97]。因此针对肿瘤乏氧TME进行精准调控，对于肿瘤的早期诊断和治疗具有重要意义。2.2克服肿瘤乏氧增强PDT的方法2.2.1利用纳米载体携带氧气通过碳氟化合物和人工Hb等纳米载体将外源O2输送到实体瘤部位可缓解肿瘤部位缺氧情况并有效改善PDT的效果[98]。全氟化碳（PFC）具有良好的生物相容性和O2负载力，能够自组装形成O2嵌入型的纳米结构，实现O2在肿瘤部位的递送及释放[23]。Cheng等人[24]将IR780封装到PFC纳米液滴中，创建出一种新型O2自足PDT体系（Oxy-PDT），显著缓解了肿瘤乏氧TME并提高了PDT效果（图1.33）[99]。图1.33图IR780与PFC共包裹的氧气自足纳米光敏制剂（Oxy-PDT）的结构示意图[99]Figure1.33schematicillustrationofthedesignandstructureofOxy-PDTagent,coencapsulatedofIR780andPFCbylipids,toachievetheoxygenself-enrichingphotodynamictherapy[99]Hb是红细胞（RBC）的天然O2载体，具有良好的生物相容性和安全性。Liu等人[30]将Hb、光敏材料亚甲基蓝和聚多巴胺组装成具有连续O2供应能力的纳米粒子，然后用RBC膜将其包封形成具有细胞侵入性的仿生红细胞（AmmRBCs）（图1.34）[100]。AmmRBCs保留天然RBC的生物相容性，能够保护Hb免受氧化损伤，使O2在肿瘤区域富集。此外，RBC的天然膜可避免生物体内的免疫原性清除，AmmRBCs显示出PDT增强效果。图1.34AmmRBC的制备步骤及其在肿瘤部位治疗示意图[100]Figure1.34SchematicillustrationofthepreparationprocessofAmmRBCsaswellastheenhancedPDTeffectintumortissue[100]2.2原位生成氧气除了通过载体递送O2之外，利用酶催化分解TME中过表达的O2前体，可实现TEM原位产生O2，减轻乏氧状态[98]。过氧化氢酶（CAT）是人体中广泛存在的一种酶，可以催化H2O2分解产生水和O2。随着酶负载技术的出现，在TME中引入活性CAT，催化过表达的H2O2，有效缓解肿瘤的缺氧状态。例如，Phua等人[34]将环糊精修饰的透明质酸和CAT组装成纳米颗粒，并利用超分子作用力负载经金刚烷修饰的Ce6（图1.35），HA-CAT@Ce6一方面能主动靶向癌细胞，另一方面能保护CAT免受蛋白酶K的破坏，将内源性H2O2转化为O2，显著提高了PDT效果。图1.35HA-CAT@Ce6NPs的制备过程及其在荷瘤小鼠体内的PDT过程示意图Figure1.35SchematicillustrationsofpreparationofHA-CAT@aCe6NPsandthePDTprocessafterintravenousinjectionofHA-CAT@aCe6NPsintotumor-bearingmice除天然CAT外，一些金属络合物在催化释氧反应方面也显示出相似的能力。例如，Yin等人设计了一种具有类CAT和类谷胱甘肽CAT活性的MnFe2O4@MOF核壳纳米结构（图1.36），不仅能降低肿瘤中的谷胱甘肽含量，还能够将H2O2转化为O2，增强PDT对肿瘤的治疗[101]。图1.36MnFe2O4@MOF通过持续提供O2和消耗GSH增强PDT的示意图[101]Figure1.36SchematicillustrationofMnFe2O4@MOFforpersistentlyprovidingO2

andconsumingGSHtoefficientlyenhancePDT[101]2.3利用乏氧特征诱导PDT深层实体瘤的乏氧极大促进了某些还原酶的过度表达，例如偶氮还原酶和硝基还原酶（NTR）。因此通过对光敏物质的结构修饰，利用特定过表达的酶选择性激活光敏物质，实现光敏物质对肿瘤的选择性响应，有利于提高PDT的治疗效果及生物安全。例如，基于NTR可以将硝基芳香族化合物还原为芳基胺的原理，Peng课题组报道了一种乏氧激活的光敏材料ICy-N，在乏氧、NTR作用下，ICy-N还原为ICy-OH，实现荧光信号的“off-on”响应，并可实现PDT精准治疗（图1.37）[102]。图1.37乏氧激活的NIR光敏剂ICy-N作用示意图：ICy-N经肿瘤部位NTR还原诱导成ICy-OH，靶向定位线粒体，在660nm光照条件下可有效诱导细胞凋亡[102]Figure1.37SchematicillustrationoftheprocessofNIRphotosensitizerICy-Nactivatedbyhypoxia:AfterreducedtoICy-OHbyNTRatthetumorsite,ICy-Ntargetedatmitochondria,andtheninducedthecellapoptosiseffectivelyunder660nmlightconditions[102]Piao等人将偶氮基团引入硒代-Rosamine染料共轭体系中，制备出一种新型偶氮还原酶激活的光敏剂（azoSeR）（图1.38）。在常氧条件下，偶氮基团会阻断1O2生成的系间窜越过程，但在乏氧条件下，偶氮基团经酶还原，有效恢复其1O2生成能力，可消融处于乏氧状态下的肿瘤细胞，这种特定酶响应的策略可广泛应用于乏氧活化的PS设计[103]。图1.38azoSeR结构及其乏氧响应诱导PDT示意图[103]Figure1.38SchematicillustrationofthestructureofazoSeRandthehypoxiainducedPDTprocess[103]2.2.4协同治疗增强PDT通过TME调整或对PS的结构修饰能有效提高PDT的效果，但由于癌症发病机理所涉及的生物过程复杂多样，单一疗法往往难以完全满足当前临床的要求。因此，将PTT、化疗、免疫疗法等不同疗法与PDT相结合的“协同策略”，可以有效消除癌细胞并达到“1+1>2”的效果[104]。（1）PDT/PTT协同策略在光疗中，PDT和PTT过程都以光作为能量源，因此，通过设计既可用作光敏试剂又可用作光热试剂的多功能光敏材料，可以实现PDT/PTT的协同治疗[105,106]。例如，Liu等人利用IR780、牛血清白蛋白和蜂窝状MnO2NP制备出新型纳米材料HMIBNPs（图1.39a）[107]。在肿瘤组织部位，MnO2能够与肿瘤微环境中的H2O2反应生成O2缓解局部乏氧，光照下IR780既可产生1O2，又能够产生热量，HMIBNPs表现出NIR荧光成像、光热成像以及O2自给的PDT/PTT协同治疗性能。图1.39(a)NIR荧光和光热双模成像介导的HMIBNPsPDT/PTT协同治疗示意图[107]；(b)Icy-NBF分子氧依赖性的激发态不同失活途径机制用于肿瘤光疗示意图[108]Figure1.39(a)SchematicillustrationofPDT/PTTco-treatmentofHMIBNPsmediatedbyNIRfluorescenceandphotothermaldual-modeimaging[107];(b)SchematicdiagramoftheOxygen-DependentRegulationofDeactivationprocessoftheexcited-statedIcy-NBFforenhancedtumorphotoablation[108]基于单一有机分子的PDT/PTT体系可以简化协同治疗的设计，然而，单一光源作为能量源，可能导致PDT/PTT产生竞争[108]。2020年Peng课题组开发了一种NTR调控的PDT/PTT可切换的光敏材料Icy-NBF，当Icy-NBF位于具有足够O2含量的实体肿瘤浅层位置时，它被用作PS，光照条件产生1O2，而乏氧条件下Icy-NBF被还原为有效的PTT试剂分子Icy-NH2。通过肿瘤细胞中O2浓度的变化，Icy-NBF实现了在PDT和PTT之间的切换，提高了光子利用率，有效实现肿瘤的光消融（图1.39b）[108]。（2）PDT/化学疗法协同治疗化疗是癌症临床治疗中最常规的疗法之一，将化疗药物与光敏分子共同包裹成纳米颗粒，形成光活化的治疗性纳米药物，可以改善由乏氧引起的PDT效果不足[109]。例如Xu等人通过PEG链将Ce6与Pt（IV）二叠氮基络合物连接，并与NaYbF4:Tm@CaF2进行联合封装形成新型纳米胶束UCPP（图1.40）[110]。在肿瘤积聚后，一方面980nm激光可触发UCPP生成O2，缓解肿瘤TEM乏氧状态，另外UCPP可将980nm的光转换为365nm和660nm的发射光，用于Ce6的PDT。同时UCPP可释放活性化疗药物Pt(II)，协助PDT，增强抗肿瘤效率。图1.40UCPP纳米颗粒的形成及其光驱离解PDT/化疗协同作用过程示意图，包括O2的生成、PDT的诱导和Pt（II）的活性释放[110]Figure1.40Schematicillustrationofthepreparationandlight-drivendissociationofUCPPnanoparticle,includingO2self-generation,simultaneousactivationofPDTandreleaseofPt(II)forthesynergisticPDT/chemotherapy[110]（3）PDT/基因疗法协同治疗大多数TypeII型PDT在实体瘤中会消耗大量有限的O2，加剧局部乏氧，进而引起各种血管生成因子等下游基因的激活并导致癌症复发。基因治疗与PDT的结合可以减少抗PDT因子的表达，提高其治疗效果。[111]例如，DNA酶（DNAzyme）作为具有催化能力的单链DNA分子，可以对癌基因底物进行选择性生物催化裂解抑制其致瘤过程。Wang等人[97]基于Ce6修饰的金属-有机框架DNAzyme制备了Ce6-DNAzyme@ZIF-8，当Ce6-DNAzyme@ZIF-8到达肿瘤部位时，癌细胞的酸性细胞质加速Ce6-DNAzyme的释放，并自发提供Zn2+作为DNAzyme辅助因子促进基因治疗（图1.41），提高了PDT/基因协同治疗的功效。[112]。。图1.41荧光成像介导的基因/PDT多合一DNAzyme@ZIF-8纳米系统的示意图[112]Figure1.41Schematicillustrationofthefluorescenceimaging-mediatedall-in-oneDNAzyme@ZIF-8nanosystemforgene/PDT[112]（4）PDT/免疫疗法的协同治疗PDT/免疫疗法协同作用的优势在于通过效应细胞的刺激，提高机体抗肿瘤免疫能力[113]。此外，在体内，效应分子与免疫细胞会与免疫系统产生协同作，增强PDT效果[114]。基于此，Zhou等人结合CaO2和CAT制备的光敏水凝胶POP-Gel，能够介导PDT下调HIF-1α和VEGF的表达，诱导肿瘤特异性免疫反应，并抑制了三阴性乳腺癌的生长和转移（图1.42）[115]。图1.42光敏水凝胶POP-Gel破坏原发性肿瘤并抑制肿瘤转移的机制示意图[115]Figure1.42SchematicillustrationofthemechanismofdestroyingprimarytumorsandinhibitingtumormetastasisbyphotosensitivehydrogelPOP-Gel[115]除了刺激先天性免疫，PDT引起的肿瘤损伤细胞被抗原呈递细胞消耗后，产生肿瘤抗原呈递，从而刺激特定的抗肿瘤免疫力。Cai等人证明PDT作用后，HIF-1α介导的存活转移信号被阻断，宿主的抗肿瘤免疫反应得到有效增强，从而达到长期治疗效果（图1.43）[116]。图1.43PCN-ACF-CpG@HA的制备过程及工作原理示意图，基于金属-金属框架（MOF）的纳米颗粒PCN-ACF-CpG@HA，将PDT、抗氧信号和CpG佐剂结合在一起作为原位肿瘤疫苗，增强PDT后的宿主抗癌反应[116]Figure1.43SchematicillustrationoftheformationandworkingmechanismofPCN-ACF-CpG@HA.Basedonmetal-metalframework,PCN-ACF-CpG@HAwhichcombinesPDT,anti-oxidantsignalandCpGadjuvantasanin-situtumorvaccinetoenhancethehostanti-cancerresponseafterPDT[116]（5）多种方法协同治疗当前多种方法协同治疗策略通常是基于光疗与化疗、免疫疗法的组合。例如，Dai等人将Ce6、ICG和乏氧响应的前药替拉帕明（TPZ）包裹成脂质体，然后用肿瘤细胞靶向肽cRGD对其进一步修饰，并与顺磁共振造影剂GdIII螯合（图1.44）。[117]在正常组织中，ICG可淬灭Ce6的PDT活性，减少对正常组织的副作用。NIR辐照后，ICG的光热作用破坏脂质体，导致Ce6和TPZ分子的释放，从而有效恢复了Ce6的PDT活性。同时，Ce6激活的PDT加剧了肿瘤乏氧，从而进一步级联激活TPZ。因此，这种多功能的治疗型脂质体不仅综合化疗、PTT和PDT治疗模式，而且还可用于荧光、光声和磁共振三种成像模式。图1.44脂质体ICG/TPZ@Ce6-GdIII用于多种成像（荧光/光声/磁共振成像）介导的级联激活PTT/PDT/化学疗法协同治疗示意图[117]Figure1.44Schematicillustrationofcascade-Activatedmulti-therapies(PTT/PDT/chemotherapy)ofITC-GdIII

TLsguidedbymultipleimaging(fluorescence/photoacoustic/magneticresonanceimaging)forboostedLungTumorTherapeuticEfficacy[117]3光敏剂在PDT反应中，PS是一类在光照条件下被激活并能够实现光能传递的物质，PS的性质是决定PDT效率的关键[118]。到目前，PS的发展可分为三代：第一代是以HpD为主，其成分复杂、1O2产率低、副作用大。第二代以卟啉类衍生物为主，其结构单一、ROS产率高、作用效果好。第三代是以增强光敏试剂的靶向性为特点，通过引入响应或靶向性的化学基团，增强PS与细胞特异性结合的能力，提高光敏物质在靶点的作用效果[119-122]。图1.45显示了理想状态下光敏试剂具有的特点[39,123]。理想PS的特点（a）肿瘤靶向性强；（b）＞650nm波长范围吸收能力强；（c）水溶性好；（d）代谢能力强；（e）暗毒性低；（f）ROS产率高表1.45理想光敏剂的特征[39]表1.45Characteristicsofidealpotosensitizers[39]目前，有报道显示超400种化合物可用作光敏试剂，但仅有限数量的PS被批准用于PDT的临床应用（图1.46）[124-126]。基于环境可持续绿色发展的趋势以及合成化学药物的副作用大的原因，天然PS逐渐成为PDT研究的重点，而且现代技术的发展为天然PS材料的分离、纯化、结构鉴定和性质表征提供了技术支持[127-129]。图1.46(a)获批可用于临床肿瘤治疗的光敏药物；(b)用于PDT实验研究的光敏药物[124]Figure1.46(a)Photosensitivedrugsapprovedforclinicaltreatment；(b)PhotosensitivedrugsforPDTresearchapplication[124]3.1常见的天然植物源光敏剂常用的天然植物源光敏材料包括姜黄素、金丝桃素、竹红菌素等（图1.47），具有很好的理化性质，可用于进一步的PDT应用研究。（1）姜黄素姜黄素是天然存在于姜黄中，这类多酚化合物作用效果优良，例如能够抗氧化、抗炎和抗癌[130]。Dujiic等人将姜黄素用于人上皮癌异种移植肿瘤模型的研究，在可见光照射下，姜黄素表现出一定的肿瘤抑制作用[130]。但由于姜黄素亲脂性强，导致其生物利用度低。因此，对姜黄素水溶性的改善有利于提高其PDT利用率。（2）脱镁叶绿素A脱镁叶绿素A来源于叶绿素，可以从中药、半枝莲、蚕丝等多种自然产物中分离出来。Tang等人研究了基于脱镁叶绿素A的PDT效果，发现该材料可定位于线粒体，产生的ROS可以诱导Hep3B细胞的凋亡[131]。（3）金丝桃素金丝桃素是一种蒽醌类衍生物，主要从连翘中提取。金丝桃素具有较高的O2·-和1O2量子产率，由金丝桃素介导的PDT已用于皮肤癌、宫颈癌、神经胶质瘤和膀胱癌等多种不同类型的癌症治疗[132,133]。细胞定位研究表明，金丝桃素在核膜、内质网、高尔基体和线粒体膜中累积，其PDT的主要机制是细胞凋亡、自噬和坏死[134,135]。目前致力于提高金丝桃素的PDT作用效率、保护该药物免于酶促降解。（4）竹红菌素竹红菌素是一种天然苝醌类光敏药物，主要包括竹红菌甲素（HA）和乙素（HB）[136]。该类PS具有1O2产率高、在体内代谢迅速等特点，且经光激活后由HA/HB形成的半醌阴离子自由基可破坏线粒体和微粒体酶，进而引起细胞的凋亡[137]。图1.47常见的天然产物光敏剂及相关化学结构[124]Figure1.47Typicalchemicalstructuresofthecommonnaturalphotosensitizers[124]3.2纳米材料在PDT中的应用尽管已经报道了诸多天然以及合成的PS，但在实际应用时通常受到多方面的限制，临床难以达到预期的治疗效果[40]。例如，疏水性光敏分子在水中的溶解能力差，极大妨碍其有效给药，影响其生物分布和细胞摄取[138]。另外，有机光敏材料易于通过π-π堆积和疏水相互作用在生理溶液中聚集，这种聚集引起的猝灭效应严重损害1O2的产量[139]。图1.48纳米材料的主要特征（包括形貌、表面、尺寸及材料的多样性等）[140]

Figure1.48Maincharacteristicsofnanomaterials(includingmorphology,surface,sizeandmaterialdiversity,etc.)[140]克服上述障碍的有效方法可以通过构建具有增加PS在水中溶解度并能有效转运至肿瘤部位的药物递送体系[140]。纳米科学与技术的发展为此提供了解决方案，将疏水PS负载到纳米颗粒上，例如脂质体、胶束、金属纳米颗粒等（图1.48），开发出各种PS负载的纳米制剂[140]。图1.49展示了纳米制剂具有的优势，利用生物纳米技术实现对PS的肿瘤输送，极大改善了传统PDT的治疗功效[139]。图1.49纳米制剂的特点[139]Figure1.49Advantagesofthenanomaterial[139]参考文献[1] SiegelRL,MillerKD,JemalA.Cancerstatistics,2020[J].CACancerJClin,2020,70(1):7-30.[2] SungH,FerlayJ,SiegelRL,etal.Globalcancerstatistics2020:GLOBOCANestimatesofincidenceandmortalityworldwidefor36cancersin185countries[J].CACancerJClin,2021,0:1-41.[3] NowellPC.TheClonalEvolutionofTumorCellPopulations[J].Science,1976,194:23-28.[4] GartlerSM.Patternsofcellularproliferationinnormalandtumorcellpopulations.[J].AmericanJournalofPathology,1977,86(3):685-692.[5] TobiasHenninga,MichaelKrausb,MartinBrischweina,etal.Elevanceoftumormicroenvironmentforprogression,therapyanddrugdevelopment[J].Anti-CancerDrug