随着化学、生物技术、纳米技术、制药、医药和成像技术等方面的快速发展,近年来,大量新颖的前药被开发出来。诊断治疗型前药,结合了诊断和治疗功能,可以借助荧光团的荧光信号来实时监测药物的释放过程,有利于评估抗癌药的治疗效果、药效学、药代动力学、细胞渗透效率以及激活途径和机制。其中,小分子诊断治疗型前药越来越受到人们的关注。相比于纳米诊断治疗型前药,它的结构相对简单,合成相对容易,生物相容性较好,有很好的靶向肿瘤的能力,能有效减少对正常组织的毒副作用和提高抗癌药的疗效。本文设计并合成了基于醌氧化还原酶(DT-diaphorase)响应的喜树碱小分子诊断治疗型前药。我们以2,6-二羟甲基-4-甲基苯酚作为中间连接体,首先其结构上的酚羟基通过氨基甲酸酯与能对醌氧化还原酶响应的醌丙酸基团连接,接着其结构中的两个醇羟基通过碳酸酯与两分子喜树碱(CPT)连接得到目标前药。在该前药体系中,醌丙酸基团通过光诱导电子转移(PeT)效应将喜树碱的荧光淬灭,喜树碱既作为药效官能团又作为荧光报告基团。前药在醌氧化还原酶的作用下醌丙酸部分离去,随后发生分子内的环化反应和1,4-消除反应释放出喜树碱,使得喜树碱的荧光得到恢复,从而达到诊断和治疗的作用。本文研究工作和主要结论如下:(1)通过核磁共振氢谱1H-NMR和质谱MS对中间产物以及最终产物的化学结构进行表征,确定了其化学结构的正确性。(2)紫外可见光吸收光谱和荧光光谱的测试结果表明,前药在与醌氧化还原酶作用前,CPT结构的荧光处于淬灭状态,加入醌氧化还原酶激活后能看到446 nm处发射峰的荧光强度有明显增强,证明了前药对醌氧化还原酶具有很好的响应性,可以利用喜树碱荧光变化来监测前药体系的释放过程。前药的选择性测试表明该前药体系对醌氧化还原酶具有特异选择性,能在生理条件下不受各物种影响释放出喜树碱。(3)利用A549细胞(非小细胞肺癌细胞,醌氧化还原酶过度表达)和L929细胞(成纤维细胞,正常细胞)进行细胞成像研究。结果表明,在醌氧化还原酶过度表达的A549细胞中,随着培养时间的增长,可观察到喜树碱的荧光明显恢复,而在正常细胞L929细胞中观察不到喜树碱的蓝色荧光信号。而对A549细胞中的醌氧化还原酶活性进行抑制后,则观察不到前药的荧光恢复,这直接证明了前药是通过细胞内的醌氧化还原酶进行激活的。前药能在醌氧化还原酶过度表达的A549细胞中被选择性激活,实现对醌氧化还原酶的检测和对药物释放的可视化监控。(4)前药对A549细胞和L929细胞的细胞毒性利用MTT法进行研究,结果表明:前药对A549细胞表现出很强的毒性,对L929细胞表现出很小的毒性。该前药具有提高治疗效率和降低副作用的功能。综上所述,我们所设计的醌氧化还原酶响应的前药体系很好的实现诊断和治疗为一体,为小分子诊断治疗前药体系的发展提供了一种新的思路。