一种亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针及其制备方法和应用

本发明属于肿瘤微环境介导的重组装，涉及一种亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针及其制备方法和应用。

背景技术：

1、癌症已经成为严重危害人类健康的疾病之一，因此，近些年来，用于癌症诊断和治疗的分子影像技术得到了飞速的发展。应用分子影像诊断技术可以对癌症患者进行早期的诊断，并且为癌症的分类、预后评估及治疗方案的选择提供重要的信息，为人类攻克癌症提供新的机会。

2、诊疗一体化作为一种将疾病的诊断、监测和治疗结合的新兴肿瘤诊疗策略，为克服癌症带来了新的希望；并且该策略效率高，毒副作用小的优点有望推动癌症诊断和治疗技术的快速发展。目前科学家们已经研发出各类造影剂，其中纳米尺寸的造影剂，如纳米乳剂、脂质体、树状聚合物以及基于金、钽、镧系、铋等重金属材料设计的无机纳米多功能造影剂。这类纳米粒子造影剂具有血液循环时间长，肾清除率和毛细血管渗漏率低的优点，能够通过实体瘤的高通透性和滞留作用（enhanced permeation and retention effect，epr）被动积累在肿瘤部位。但是现在大多数这类造影剂仍处于临床前研究阶段，缺乏生物毒性、药代动力学和体内分布的实验评估，距离临床应用仍有一定的距离。

技术实现思路

1、为了克服上述现有造影剂中存在的问题，本发明利用肿瘤微环境中过表达的亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽的刺激，设计并开发了一种亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针，实现探针在肿瘤内的特异性响应，进而有效的改善在体肿瘤的成像及治疗效果；该方法为改善传统分子探针成像背景噪声高、诊断准确性低等缺点提供了新的策略与手段。

2、本发明采用以下技术方案：

3、一种亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针，具有如下化学结构式：

4、

5、上述亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针在制备肿瘤诊断和/或治疗试剂中的应用。

6、上述亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针的制备方法，包括以下步骤：

7、（1）化合物1与nh2-cbt进行酰胺缩合反应得到化合物2；

8、（2）化合物2脱掉保护基得到化合物3；

9、（3）化合物3与n-芴甲氧羰基-s-叔丁硫基-l-半胱氨酸进行酰胺缩合反应，得到化合物4；

10、（4）化合物4脱去保护基团得到化合物5；

11、（5）化合物5与光敏剂反应，得到化合物6；

12、（6）化合物6脱掉保护基得到化合物7；

13、（7）化合物7与n-叔丁氧羰基-l-亮氨酸进行酰胺缩合反应得到化合物8；

14、（8）化合物8脱掉保护基得到亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针。

15、本发明公开的亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针在体外自组装成球形纳米颗粒，并且荧光淬灭；当纳米颗粒循环到肿瘤部位后，在肿瘤细胞中过表达的亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽的刺激下，选择性在肿瘤细胞内通过分子间cbt缩合反应重新组装成纳米纤维，完成近红外分子探针在肿瘤内的响应，荧光恢复。并且，亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针在肿瘤部位发生响应后，产生ros的能力恢复，经660 nm激光器照射，完成近红外小分子光敏剂用于肿瘤的光动力治疗。肿瘤部位荧光信号最强的时间点为3小时；660 nm激光器照射时，照射强度为0.15 w/cm2，照射时间为10分钟。

16、上述技术方案中，将亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针溶于pbs（磷酸缓冲盐，ph=7.2～7.4）缓冲液中（浓度为100 μm），在37℃的振荡器中反应，使其自组装成球形纳米颗粒。随后尾静脉注入荷瘤鼠体内，探针循环到肿瘤部位后，在肿瘤细胞中过表达的亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽的刺激下，选择性在肿瘤细胞内通过分子间cbt缩合反应重组装成纳米纤维，完成近红外分子探针在肿瘤内的响应，荧光恢复。并且，探针循环到肿瘤部位后，在肿瘤细胞中过表达的亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽的刺激下，选择性在肿瘤细胞内通过分子间cbt缩合反应重组装成纳米纤维，完成近红外分子探针在肿瘤内的响应，荧光逐渐恢复，并且产生ros的能力逐渐变强。待探针在肿瘤部位荧光信号达到最强，经660 nm激光器照射后，完成近红外小分子光敏剂用于肿瘤的治疗。

17、上述技术方案中，步骤（1）中，化合物1与nh2-cbt的摩尔比为1∶1.2；酰胺缩合反应在n-甲基吗啡和氯甲酸异丁酯存在下进行；酰胺缩合反应为室温反应15～24小时。

18、上述技术方案中，步骤（2）中，化合物2脱去保护基团在n,n-二甲基甲酰胺/哌啶混合溶剂中进行；n,n-二甲基甲酰胺、哌啶的体积比为4∶1。

19、上述技术方案中，步骤（3）中，化合物3与n-芴甲氧羰基-s-叔丁硫基-l-半胱氨酸的摩尔比为1:1.2；酰胺缩合反应在1-羟基苯并三氮唑、o-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐和二异丙基乙胺存在下进行；酰胺缩合反应为室温反应2～4小时。

20、上述技术方案中，步骤（4）中，化合物4脱去保护基团在二氯甲烷/三氟乙酸混合溶剂中进行；二氯甲烷、三氟乙酸的体积比为4∶1。

21、上述技术方案中，步骤（5）中，化合物5与光敏剂的摩尔比为1.1∶1；所述光敏剂为nhs活化的二氢卟吩e6（ce6-nhs）。

22、上述技术方案中，步骤（6）中，化合物6脱去保护基团在n,n-二甲基甲酰胺/哌啶混合溶剂中进行；n,n-二甲基甲酰胺、哌啶的体积比为4∶1。

23、上述技术方案中，步骤（7）中，化合物7与n-叔丁氧羰基-l-亮氨酸的摩尔比为1∶1.2；酰胺缩合反应在1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、n-羟基琥珀酰亚胺和二异丙基乙胺存在下进行；酰胺缩合反应为室温反应8～12小时。

24、上述技术方案中，步骤（8）中，化合物8脱去保护基团在二氯甲烷/三氟乙酸混合溶剂中进行；二氯甲烷、三氟乙酸的体积比为4∶1。

25、上述技术方案中，化合物1、化合物2、化合物3、化合物4、化合物5、化合物6、化合物7、化合物8的化学结构式分别如下：

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30、nhs活化的光敏剂二氢卟吩e6的化学结构式如下：

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32、 本发明中，化合物8进行脱保护后，使用半制备型高效液相色谱分离提纯，得到亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽双重刺激响应型探针，产物为墨绿色的固体粉末，为常规技术。优选的，所述的高效液相色谱分离方法为：c18柱，3.5 μm，4.6×100 mm；流动相：a是水；b是乙腈；流速：3 ml/min；线性梯度洗脱程序：0 min，a∶b = 95∶5；13 min，a∶b = 0∶100。

33、本发明的探针通过肿瘤微环境中过表达的亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽的双重刺激，使得纳米颗粒探针重新组装成纳米纤维，实现探针的荧光和产生ros能力的恢复，从而达到肿瘤的特异性荧光成像和光动力治疗。

34、由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

35、（1）本发明中使用2-氰基苯并噻唑与1,2-氨基硫醇发生快速高效的点击缩合反应形成两亲性的二聚体，并通过分子间作用力的改变使得纳米颗粒重新组装成纳米纤维。

36、（2）当探针进入肿瘤细胞后，在肿瘤细胞内过表达的亮氨酸氨基肽酶和谷胱甘肽的刺激下，暴露半胱氨酸结构中原有的氨基和巯基，从而与2-氰基苯并噻唑（cbt）的氰基发生点击缩合反应，且不受外界环境影响；

37、（3）该肿瘤微环境响应的智能型探针的诊断和治疗功能只有在特殊的肿瘤微环境触发下才能被激活，即使被正常组织截留，其诊断和治疗功能不会被激活，因此不会对癌症的诊断和治疗带来干扰。所以，肿瘤微环境响应的智能诊疗试剂能有效的提高癌症诊断的精准度和治疗的效果。