缺氧响应荧光探针的成像及治疗应用

doi:10.7503/cjcu20210394

摘要/Abstract

摘要：

由于肿瘤内部细胞远离血管, 其氧气消耗量远远超出血液供应量, 因此容易导致肿瘤缺氧. 肿瘤缺氧会引发肿瘤扩散加速、诱导某些基因过表达及产生药物抗药性等问题. 基于此, 发展性能优异的缺氧响应荧光探针对肿瘤的诊断和治疗具有重要意义. 本文对缺氧响应荧光探针在成像及治疗方面的应用进展进行了综合评述, 介绍了硝基、偶氮键和醌3种常用的缺氧响应基团, 并探讨了它们在缺氧微环境下的识别机理; 介绍了缺氧响应荧光探针的构建及其在生物成像方面的最新研究成果; 总结了缺氧响应荧光探针在基因治疗、光动力学治疗、化学治疗及协同治疗方面的研究进展; 展望了缺氧响应荧光探针在临床诊断和治疗方面的应用前景.

关键词: 缺氧, 荧光探针, 活细胞成像, 肿瘤治疗

Abstract:

The insufficient oxygen supply， known as hypoxia， is one of the most obvious features of tumors. In tumor regions， caused by the exaggerated growth of solid tumor， the depletion of oxygen in interior cells far exceeds their blood supply. Hypoxia will lead to a series of problems in tumor microenvironment， including increased tumor metastasis， drug resistance and pro-survival changes in gene expression. Thus， the construction of hypoxia-responsive fluorescent probe is vital to tumor diagnosis and prognosis. In this review， we discussed recent progress in fluorescent probe for hypoxia-triggered living cells imaging and cancer therapy. At first， we introduced three main sensing moieties which were sensitive to oxygen or oxygen-related enzymes， such as azoreductase， nitroreductase， quinone reductase and so on. Then， the latest progress in fluorescent probes for imaging under hypoxia conditions was summarized， including imaging for hypoxia-related parameter and hypoxia-related metabolic process. Third， based on different therapeutic strategies， including gene therapy， chemotherapy， photodynamic therapy and synergistic therapy， we discussed the research progress of hypoxia-responsive fluorescent probe for cancer therapy. In the future， we look forwarded to develop probe with excellent ability of targeting and selecting for hypoxia-activated imaging and cancer therapy， which could further facilitate cancer diagnosis and treatment in clinical area.

Key words: Hypoxia, Fluorescent probe, Living cells imaging, Cancer therapy

中图分类号:

O657

TrendMD:

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图/表 15

Fig.7 Schematic illustration of azo?based amphiphilic polymer and its work principle in hypoxia cell(A) and confocal fluorescence microscopy imaging of cells incubated with polymer under different treatments(B)[46]Copyright 2019, American Chemical Society.

Fig.8 Schematic diagram of NIR probe for visualization of hypoxia induced mitophagy(A) and fluorescence images for tracking hypoxia induced mitophagy process(B)[47]Copyright 2018, Royal Society of Chemistry.

Fig.10 Illustration of hypoxia?sensitive micelles for photodynamic therapy(A) and fluorescent imaging of tumor organs and healthy organs under different treatment(B)[56]Copyright 2018, American Chemical Society.

Fig.11 Schematic illustration of the azoreductase?responsive, mitochondrion?targeted probe for hypoxia imaging and enhanced PDT(A) and the therapy efficacy of the mitochondrion?targeted probe in representative mice(B)[57]Copyright 2021, American Chemical Society.

Fig.12 Schematic illustration for triggered release of hypoxia?responsive drug delivery system(A) and the therapy efficacy of the drug delivery system after different treatment(B)[64]Copyright 2018, American Chemical Society.

Fig.13 Schematic illustration of the targeted DOX?oaded polymersomes for chemotherapy(A) and representative images of the MCF7 cells with different treatment(B)[65]Copyright 2020, American Chemical Society.

Fig.14 Schematic of the hypoxia?triggered DOX@NP nanoparticles for synergistic therapy treatment(A) and representative images of the tumor after different treatments(B)[66]Copyright 2018, American Chemical Society.

Table 1 Summary of typical hypoxia-triggered probes and their applications

Trigger	Application	Ref.
Nitroreductase	Hypoxia?related parameter imaging， metabolic process imaging	［20， 24， 36—39， 47］
	Chemotherapy， photodynamic therapy	［58， 62， 64］
Azoreductase	Hypoxia?related parameter imaging，metabolic process imaging	［27， 28， 30， 46］
	Gene therapy， chemotherapy， photodynamic therapy， synergistic therapy	［29， 50， 55—57， 63， 65—69］
Quinone reductase	Hypoxia?related parameter imaging， metabolic process imaging	［33—35］

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