TME响应传感策略
TME是肿瘤发生的细胞环境，影响肿瘤的生长、转移和最终预后。健康组织微环境与TME之间存在明显的差异。还原性或缺氧微环境、各种不同的生理标志物、酸性pH、细胞内谷胱甘肽（GSH）浓度升高以及酶表达上调是区分恶性组织与邻近正常组织的重要因素。因此，TME也是小分子特异性靶向的重要基础。
特异酶反应探针
ALP的异常表达水平见于多种疾病，包括乳腺癌、前列腺癌、肾肿瘤和骨肉瘤。同时，它还作为富alp细胞的通用生物标志物，用于区分癌细胞和正常细胞。在此基础上，Ji等人设计合成了一种前体TPE-Py-FpYGpYGpY，可对alp过表达的癌细胞进行选择性荧光显示和PDT。Lam等人创建了一种ALP响应AIE-PSs， TPAPyP，目的是对过表达ALP和PDT的癌细胞进行差异成像，杀死成像细胞。三苯胺、吡啶和一个磷酸基团组成TPAPyP探针，它是水溶性的，在水溶液中不透光。当ALP存在时，探针上的磷酸基团可以有效水解产生疏水酶产物TPAPy。TPAPy可以进一步形成聚集体并发出黄色荧光。此外，由于癌细胞比正常细胞表达更多的ALP， TPAPyP在癌细胞中表现出与正常细胞相反的选择性荧光，并且比商业荧光团具有更好的光稳定性。当暴露在白光下时，TPAPyP的整体ROS生成效率优于商用PSs Ce6，这使其成为光动力消融癌细胞的绝佳选择。
双靶向策略通常包含肿瘤靶向配体和肿瘤特异性前药激活剂，如酶或ph。基于一系列新颖的AIE探针，Yuan和同事开发了双靶向酶激活AIE PSs生物探针。该探针能够同时点亮荧光成像和光动力消融特定癌细胞，并显示出高信噪比，为靶向和图像引导的PDT开辟了新的机会。[155]Yuan等人报道了一种AIE PSs探针TPETP-SS-DEVD-TPSs-cRGD，具有红色发射和内置的可激活绿色发射的凋亡传感器，用于靶向癌细胞凋亡和实时监测PSs激活和治疗反应。该构建体被整合素特异性序列（Arg-Gly-Asp， RGD）标记，通过αvβ3整合素过表达实现癌症选择性靶向和摄取。一旦细胞内GSH切割探针，凋亡传感器将释放，红色荧光开启，报告PSs激活。当暴露在光线下时，PSs产生ROS，触发细胞死亡并激活半胱天冬酶，从而释放绿色荧光。该探针使用单一波长激发产生红色和绿色发射的能力使其对治疗发展的进步非常有利。随后，他们开发出AIE PSs TPETF-NQ-cRGD，显示出在聚集状态下高效生成ROS，并具有识别和激活的双重过程。这些PSs可以高选择性地在目标癌细胞中传递和激活，已成功用于癌细胞诊断和消融。此外，Yuan等人设计了一种AIE PSs，其荧光绿色发射染料通过单线态氧可切割丙烯酸氨基酯（AA）连接剂偶联。该策略通过荧光信号变化实时监测ROS生成，为PDT治疗效果的早期评估提供了一种新方法。类似的智能策略也可以与化疗前药物联合使用，用于癌症治疗，以减少全身毒性。
Viscosity-sensitive探针
一旦细胞发生恶性，微环境和物质转运、信号转导、细胞凋亡等生理过程也会发生变化，引起黏度的改变。因此，设计黏度敏感的荧光探针用于肿瘤诊断和监测是至关重要的。Li等人开发了一种粘度敏感的质膜探针TPA-S。该探针具有AIE特性和良好的水溶性。TPA- s被设计成具有三个单元的两亲性D - π - a共轭结构：磺酸盐、乙腈-吡啶单元和TPA单元。TPA是电子供体，有助于避免染色过程中的荧光ACQ。它也是构建AIE分子的有效单元。乙腈吡啶盐的强吸电子特性可能扩展共轭体系并使荧光发生红移。亲水磺酸盐可以增强水溶性，提高细胞膜保留率。基于这种设计方法，TPA-S有望作为具有AIE特性的分子转子，靶向细胞膜，检测细胞膜粘度的变化。通过抑制TPA-S的旋转，增强了粘性环境中的荧光。此外，该探针能够靶向并选择性照射肿瘤细胞膜，在试验中具有较高的黏度敏感性。同时，它能够区分正常细胞的质膜和肿瘤细胞的质膜之间的粘度差异，有利于肿瘤细胞的可视化。
Liu等人创造了两种具有优异水溶性、溶酶体靶向能力和粘度敏感性的荧光探针，分别称为Lyso-vis-A和Lyso-vis-B。研究人员通过测量Lyso-vis-A和Lyso-vis-B在一系列不同极性溶剂中的荧光光谱，发现Lyso-vis-A和Lyso-vis-B对粘度变化具有极强的选择性，可以在复杂的生物环境中检测粘度而不受pH变化的影响。已有效证明Lyso-visA可以区分癌细胞和正常细胞，并跟踪活细胞中溶酶体粘度的变化。肝脏作为药物加工和解毒的关键器官，容易受到损伤，其功能受到严重损害。遭受肝损伤的个体会诱发其他疾病，如丙型肝炎、乙型肝炎、肝硬化和肝细胞癌。因此，实时监测肝损伤对原位诊断肝损伤至关重要。然而，它仍然受到缺乏可靠的微创体内可视化方案的限制。Ge等人报道了一种AIE探针DPXBI，该探针在NIR-II窗口发光可用于肝损伤的早期诊断。研究人员通过双键将苯并吲哚磺酸盐主链（充当电子接受部分和分子转子）与提供电子的二苯基杂蒽部分连接起来，构建了DPXBI。DPXBI除了具有较强的分子内旋光度、良好的水溶性和较强的化学稳定性外，对粘度变化也非常敏感，能够通过改变其NIR-II荧光强度来快速、选择性地响应。此外，DPXBI通过NIRII荧光成像原位测量肝脏黏度，甚至精确识别肝损伤的细微部位，可用于区分不同程度的药物性肝损伤，有效显示肝脏缺血再灌注损伤。由于这项工作，小鼠模型的肝损伤可以在常规临床检测前几个小时被识别出来。
H2O2-responsive探针
细胞内H2O2的灵敏检测和实时成像对于疾病监测，特别是癌症的早期发现具有重要意义。Xia及其同事构建了一种具有AIE特征的治疗探针，将TPE修饰为两个酪氨酸（Tyr）片段。通过H2O2依赖性的酶促二酪氨酸形成，含tyrr的TPE （TT）分子通过二酪氨酸键进行交联，导致疏水聚集体的产生，并在H2O2水平升高和髓过氧化物酶过表达的细胞中触发AIE现象。由TT分子交联引起的发射开启使炎症细胞、癌细胞和正常细胞之间发生分化。然后，大量TT聚集体可以诱导线粒体损伤和细胞凋亡，而不损害正常细胞。该探针为炎症细胞和癌细胞选择性成像和抑制提供了一种有前途的工具，以实现精确治疗。已有研究报道利用AIE生物探针选择性响应H2O2，激活荧光信号，在细胞质或特定细胞器中实现AIE。然而，关于PDT过程中H2O2的实时监测和细胞器动力学可视化的研究有限。Wu等人设计了一种多功能荧光探针TTPy-H2O2。该探针包含一个对-pinacolborylbenzyl片段作为反应单元，对H2O2具有独特的反应活性。为了实现线粒体靶向，研究小组引入了与线粒体膜静电相互作用的吡啶阳离子。此外，连接tpa -噻吩构建块形成扭曲的D-A结构，导致发射波长红移和大的Stokes位移。这种结构也表现出优异的AIE特性。TTPy-H2O2探针选择性地照亮活细胞中的线粒体。当探针与癌细胞线粒体中产生的过量H2O2反应时，它会转化为一种称为TTPy的黄色荧光团。通过不同的共聚焦激光扫描显微镜通道可以实时监测TTPy - H2O2和TTPy的变化。此外，TTPy还可以传输到ld。因此，TTPy-H2O2探针对H2O2表现出选择性响应，探针荧光信号的变化可以作为PDT治疗癌细胞的指标。由于肿瘤细胞中H2O2浓度较高，对H2O2有反应的AIE小分子往往主要在肿瘤细胞内积累或在TME内选择性活化。这使得精确的肿瘤治疗，同时尽量减少对正常细胞的毒性。因此，对H2O2反应的AIE小分子在肿瘤治疗中具有很大的应用前景。
Acid-responsive探针
在TME中，癌细胞代谢失调和血管灌注不良导致TME呈酸性。[168]对268例人类肿瘤异种移植物（包括乳腺癌、肺癌、胃肠道癌和肉瘤）的综合检查显示，在各种癌症类别中，平均细胞外pH值（pHe）为6.83（范围6.72-7.01）。[169]aie - PSs被认为是功能化肿瘤PDT的有前途的材料。提高水溶性AIE - PSs的靶向能力具有重要意义。Min等报道了一种通过超分子组装介导制备具有高靶向容量的水溶性ae - PSs（称为WAPSs）的高效合成方法。柱[5]芳烃（WP5）在中性水溶液中通过主客体相互作用与WAPSs结合。在pH中性条件下，WAPSs和WP5形成的主客体复合物产生的ROS很少，但在pH 5.2时观察到强荧光，表明癌细胞在酸性微环境中产生了大量ROS，具有较强的光动力治疗作用。
WAPSs-WP5复合物可用于靶向肿瘤，对正常细胞的伤害最小。体内研究进一步表明，该复合物可显著抑制荷瘤小鼠的肿瘤生长，且该复合物无全身细胞毒性。因此，WAPSs和WP5是一个很有前途的组合。由于这项工作，用于治疗癌症的更多水溶性aie - PSs的创造将更快地进行。[170]Hu和同事通过响应靶LAPTM4B蛋白和肿瘤细胞的酸性微环境，开发了一种新的AIE红发射PSs， TPE-red-2AP2H，用于荧光生物成像。在可见光照射下产生的ROS提示了利用AIE小PSs进行靶向PDT的潜力。Cheng等人将一个羧基作为ph响应部分结合到AIE PSs MeTTPy上，并与两个n-十六基一起优化分子的两亲性，从而形成了分子HD-APNNA。HD-APNNA羧基的质子化和去质子化受到TME和正常组织之间pH水平变化的影响，导致其电特性和颗粒尺寸的改变。在~ pH 7.4的循环系统中，带负电荷的HD-APNNA表现出免疫清除减少和循环延长的倾向。当遇到轻度酸性的TME时，HD-APNNA经历了粒径的减小并获得正电荷，从而增强了它们被肿瘤细胞吸收。这种方法使HD-APNNA产生ROS的效率达到了56.7%，超过了临床常用的PSs。
GSH-responsive探针
谷胱甘肽是活细胞中普遍存在的生物硫醇。由于细胞内谷胱甘肽浓度升高（1-10 mM）及其在保持细胞完整性、调节细胞分化、代谢和凋亡方面的关键功能，谷胱甘肽氧化还原对在治疗和药物传递应用中引起了极大的兴趣。此外，谷胱甘肽作为一种重要的抗氧化剂，可以减轻ROS造成的损伤。细胞内微环境通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸和谷胱甘肽还原酶的酶活性维持在还原状态，导致细胞内主要存在还原性谷胱甘肽。值得注意的是，肿瘤组织中的谷胱甘肽浓度远高于健康组织，这一现象归因于癌细胞的加速生长。在癌细胞中发现的谷胱甘肽水平升高为开发氧化还原反应性治疗剂提供了机会，这些治疗剂能够在肿瘤细胞内特异性地递送活性药物或荧光团。通过设计在较低GSH浓度的细胞外环境中保持稳定，并在癌细胞内化后才释放细胞毒素的前药，可以实现靶向和有效的治疗策略。癌细胞中升高的谷胱甘肽浓度已被证明与PDT期间产生的ROS相互作用，从而降低了治疗效果。[175,176]因此，GSH反应性AIE PSs的发展有可能以组织特异性的方式增强PDT，消耗GSH水平并提高治疗效果。Zhang等人通过gsh可切割二硫键将淬灭剂二茂铁与AIE PSs TPEPy偶联，合成了gsh响应的AIE PSs TPEPy - s - fc。当GSH存在时，S-S键被劈开，PDT活性的TPEPY-SH被释放，同时荧光增强。同时，TPEPY-SH又产生单线态氧，可用于SMMC和CT-26癌细胞的高效PDT]。类似的策略已被广泛用于监测GSH介导的癌症治疗药物的激活，其中荧光团/药物与GSH可切割键（如二硫键）相连。
Polarity-sensitive探针
极性是一个重要的细胞参数，与膜融合、蛋白变性等多种生理过程有关。极性的异常变化与许多疾病有关，如阿尔茨海默氏症、肝硬化、糖尿病和癌症。Feng等人报道了两种类型的极性响应探针（称为MEMs）。为了提高水溶性和改善靶细胞膜，它们都采用季铵盐基团和四氢喹啉香豆素酰胺作为荧光团。在体外实验中，两种探针的荧光表现出明显的极性依赖性。此外，MEMs可以通过使用强烈、持久的红色荧光和免水洗方法，以高特异性识别癌细胞膜，从而区分肿瘤和正常组织。这表明癌细胞可能比正常细胞具有更低的细胞膜极性。Fu等人也致力于通过设计一种极性敏感和膜靶向探针（DCITT）来实现肿瘤细胞膜的特异性靶向。由于其独特的D -π-A结构，通过推拉电子效应使DCITT的荧光发射波长达到近红外光，可以限制光损伤，防止细胞自发荧光。具有超过300 nm的斯托克斯位移，DCITT的极性依赖荧光光谱提供深度穿透，对生物样品的损伤最小。实验表明，DCITT是一种极性依赖的荧光探针。DCITT具有荧光量子产率高、细胞毒性低、光稳定性好等优点，可作为多细胞生物的标记探针。肿瘤和正常细胞的细胞成像实验表明，DCITT的强红色荧光信号仅在肿瘤细胞膜上观察到，而细胞的其余部分几乎没有荧光，这归因于探针能够通过与细胞膜磷脂双分子层的疏水和静电相互作用特异性靶向肿瘤细胞膜。
乏氧响应探针
与正常组织不同，肿瘤的迅猛生长消耗的氧气比它能提供的要多，从而导致缺氧。缺氧是TME的特征之一，它是由血管生成异常与肿瘤细胞增殖需氧量增加之间的不平衡引起的。[184-186]通过检测肿瘤的缺氧性质，可以实现早期形成或转移性肿瘤的准确成像。一种被认为有前途的方法是开发低氧响应化学发光探针。徐等人设计合成了三种新分子：TPE-2M Noxide、TPE-2E N-oxide和TPE-2M2F N-oxide。n -氧化物含有TPE，它具有AIE性质，在水溶液中不发光。在加入亚铁离子后，由于取代基的不同，n -氧化物被亚铁离子以不同的速率还原，疏水TPE残基的聚集限制了分子的分子内运动，从而表现出不同的荧光响应。通过将这些n -化合物与Hela细胞在不同氧浓度下孵育3小时，研究人员发现TPE-2M n -氧化物和TPE-2M2F n -氧化物在正常和缺氧环境下与Hela细胞一起培养时都表现出强大的荧光。相比之下，TPE-2E n-氧化物在正常氧条件下提供暗背景，在缺氧条件下表现出氧依赖发光行为，有助于在体外实现缺氧成像。同时，值得注意的是，缺氧条件下TPE-2M n -氧化物对HeLa细胞的细胞毒性高于正常氧条件下的细胞毒性，这表明TPE-2M n -氧化物在低氧浓度下可以特异性破坏癌细胞，具有作为AIE活性诊断和治疗系统的潜力。
肿瘤相关巨噬细胞探针
肿瘤的进展伴随着大量免疫细胞在TME的浸润。肿瘤免疫微环境（TIME）由肿瘤内免疫成分组成，并协调肿瘤免疫。时间在肿瘤的发生和发展中起着至关重要的作用，可能影响患者对肿瘤免疫和免疫检查点抑制剂的反应。M2巨噬细胞已被证明具有抑制抗肿瘤免疫反应的能力，以一种致蛋白的方式起作用，也被称为肿瘤相关巨噬细胞（tam）。Gao等人将甘露糖与AIE-PSs偶联制造可用于TAM靶向和成像的探针TPE-Man。甘露糖受体CD206是tam的标记物。甘露糖和CD206之间的高选择性聚糖和凝集素相互作用赋予了TPE-Man特异性靶向tam的能力。同时，TPE-Man可以高对比度可视化甘露糖受体阳性TAM的荧光，可以靶向CD206表达水平不同的TAM和M0巨噬细胞，发出红色荧光。其中，与M0巨噬细胞相比，tam表现出更强的荧光，阳性应答率高达85.3%，说明TPE-Man对tam具有较高的选择性。TPE-Man的TAM和M0巨噬细胞之间显著的荧光染色对比可能成为临床应用中快速识别肿瘤的标准。
参考文献
httPSs://doi.org/10.1002/agt2.657
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上期回顾：
Aggregate.:聚集诱导发射小分子用于癌症诊断和光疗（一）
