近日，理工学院唐本忠院士团队在癌症光动力治疗领域取得进展，相关成果以“Mitochondria-Targeting AIEgens as Pyroptosis Inducers for Boosting Type-I Photodynamic Therapy of Tongue Squamous Cell Carcinoma”为题发表在ACS Nano上。香港中文大学（深圳）理工学院唐本忠教授，赵征助理教授，张健全助理教授以及医学院杜鹃助理教授为本文通讯作者。

期刊介绍

ACS Nano是美国化学学会（American Chemical Society，简称ACS）出版的一本国际性学术期刊，专门关注纳米科学与纳米技术领域的研究。该期刊涵盖了多个学科领域，包括化学、物理学、材料科学、生物学等，旨在发布关于纳米材料的合成、性质、应用和相关研究的高质量论文。目的是推动纳米科学和纳米技术的进步，以解决全球各种领域的挑战，包括医疗、环境、能源和电子等方面的问题。其2024年的影响因子为15.8，JCR分区Q1。

研究背景

舌鳞状细胞癌（Tongue Squamous Cell Carcinoma, TSCC）是舌癌的主要类型，其症状包括进食或吞咽困难、语言障碍、体重减轻和口臭。这种恶性肿瘤多见于有家族遗传倾向、咀嚼槟榔、维生素缺乏或感染人乳头瘤病毒的人群。尽管现有治疗方法如化疗、放疗和手术切除在使用，疗效仍有限，常导致复发和转移。手术切除可能不彻底，影响正常组织的功能和结构。放疗因辐射依赖性，靶向性差，生物安全性欠佳，影响健康细胞，降低生活质量。类似地，化疗的靶向性不足导致全身副作用，常用药物如顺铂在临床中可能引发神经病理性疼痛。因此，急需利用尖端技术和创新材料开发TSCC的新疗法，以提升疗效和减缓疾病进展。

细胞焦亡是近期研究揭示的一种程序性细胞死亡形式，其特征为膜孔形成，导致细胞肿胀和裂解。该过程由钙离子释放、线粒体损伤、半胱天冬酶活化及Gasdermin裂解引发。随后，活化的半胱天冬酶切割Gasdermin，释放N末端结构域，形成Gasdermin孔，释放细胞因子和乳酸脱氢酶（LDH），激发有效的抗肿瘤免疫反应。与细胞凋亡不同，细胞焦亡因其能强烈激活炎症反应，被视为免疫原性细胞死亡（ICD）的一种，展现出巨大治疗潜力。因此，探索能有效诱导TSCC细胞焦亡的新药物迫在眉睫。

此外，光动力治疗（Photodynamic Therapy, PDT）作为一种创新且前景广阔的癌症治疗方法，以其精确可控和高精度的特点备受关注。这种疗法依赖光敏剂的光激活，产生活性氧（ROS），引导细胞死亡。然而，现有商用光敏剂存在光稳定性差、聚集时荧光淬灭（ACQ效应）等缺陷。为克服这些限制，采用基于聚集诱导发光（AIE）的光敏剂进行光动力治疗成为一种有前景的策略。AIE光敏剂在聚集状态下能产生更多ROS并发出明亮荧光；此外，设计靶向特定细胞器的AIE光敏剂，如线粒体靶向剂，可以在关键细胞器内高效生成ROS，从而杀死癌细胞及组织。

研究内容

示意图：用于光动力疗法的线粒体靶向I型AIE基PS (Th-M)的示意图；细胞内信号通路图表明Th-M引发细胞焦亡并诱导细胞死亡的机制

图1 Ph-M和Th-M的合成路线和光物理性质

图2 Ph-M和Th-M的ROS生成能力

线粒体靶向能力

作者评估了Th-M和Ph-M对不同细胞器的靶向能力。实验结果如图所示，Th-M的绿色荧光信号与MitoTracker的红色荧光信号共定位显著，Pearson相关系数（PCC）达到0.91。相比之下，Ph-M的PCC仅为0.07。这表明Th-M具有优异的线粒体靶向能力。考虑到线粒体在癌细胞的增殖和转移中通过促进糖酵解来产生能量的重要作用，Th-M定位于线粒体并生成I型ROS的能力可被策略性地利用，以破坏线粒体功能，从而诱导肿瘤细胞死亡。

细胞内ROS产生

鉴于Th-M和Ph-M在溶液中具备产生ROS的能力，作者进一步测试了这两个分子在细胞内的ROS生成情况。实验结果如图所示，两个分子在光照条件下均能在细胞内生成ROS。然而，与在溶液中的结果不同，Th-M在细胞内的ROS产量更高。此外，Th-M显示出更强的肿瘤细胞杀伤效果。

图4 细胞经不同浓度或光强度的Ph-M或Th-M孵育后活力及细胞内ROS生成

图5 细胞经不同光强度或不同浓度的Ph-M或Th-M孵育后细胞活力及细胞内ROS生成

CAL27荷瘤小鼠体内光动力治疗

体外实验中观察到的显著疗效表明，Th-M可能成为治疗CAL27荷瘤裸鼠的有效方法，这一结果促使作者进一步研究Th-M在体内的光动力治疗效果。为验证Th-M介导的I型光动力治疗的优势，作者进行了全面的动物模型研究，结果显示Th-M介导的I型光动力治疗能显著抑制肿瘤生长，并表现出良好的生物安全性。

图6 Th-M在CAL27荷瘤裸鼠中的PDT表现

研究结论

本文介绍了两种具备聚集诱导发光特性的光敏剂，其中Th-M能够在高效且安全的条件下通过诱导细胞焦亡来杀死癌细胞，进而抑制肿瘤生长。此研究强调了策略性设计的聚集诱导发光光敏剂在激活细胞焦亡路径中的潜力，为提升光动力治疗在舌鳞状细胞癌治疗中的效果提供了一个新兴且有前景的方向。这一研究将激励进一步探索能够诱导细胞焦亡的聚集诱导发光光敏剂的靶向设计，以改进光动力治疗。

文章致谢

特别感谢香港中文大学（深圳）材料表征与制备中心（Materials Characterization and Preparation Center, MCPC）提供的大型科研仪器及测试上的帮助。本研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、深圳市科技创新局以及香港创新科技署的的基金资助。

作者简介

唐本忠教授1982年获华南理工大学学士学位，1985年、1988年先后获日本京都大学硕士、博士学位。曾在多伦多大学从事博士后研究、日本NEOS公司中央研究所任高级研究员。1994–2021年在香港科技大学工作。2009年、2017年、2020年先后当选中国科学院院士、亚太材料科学院院士、发展中国家科学院院士。2021年加入香港中文大学（深圳）担任理工学院院长、校长学勤讲座教授。主要从事高分子化学和先进功能材料研究。在聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）这一化学和材料前沿领域取得了原创性成果，是AIE概念的提出者和AIE研究的引领者。已发表学术论文2,000多篇，总引用超208,000次，h因子为201。在学术会议上作了500多场邀请报告，拥有100多项授权专利。现任德国Wiley出版社发行的Aggregate《聚集体》杂志主编以及20多家国际科学杂志顾问、编委或客座编辑等。2014年至今连续当选全球材料和化学双领域“高被引科学家”。2007年获Croucher基金会高级研究员奖，2012年获美国化学会高分子材料科学与工程分会MACRO讲座奖，2014年获伊朗国家科技部颁发的Khwarizmi国际奖，2015年获广州市荣誉市民称号，2017年获国家自然科学一等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖，2021年获Nano Today国际科学奖，2023年获生物材料全球影响力奖，2024中国化学会-中国石油化工股份有限公司化学贡献奖。

赵征，博士生导师，香港中文大学（深圳）校长青年学者，香港中文大学（深圳）材料科学与工程研究生项目主任。中国人体健康科技促进会临床微生物与感染精准专业委员会常务委员，中国抗癌协会医工整合专业委员会委员、中国感光学会光学传感与诊疗专委会委员、深圳市分子聚集体功能材料重点实验室副主任，香港中文大学（深圳）第二附属医院AIE临床转化中心执行副主任，获首届中国化学会朱道本有机固体青年创新奖、Materials Chemistry Frontiers新锐科学家、Journal of Materials Chemistry B新锐科学家、Chemical Communications新锐科学家等荣誉称号，2021-2023连续三年入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单。赵征教授博士毕业于中国科学院上海有机化学研究所，在香港科技大学完成博士后研究后加入东南大学任教授并开展独立研究工作，2021年加入香港中文大学（深圳）理工学院开展研究工作。当前的研究兴趣包括新型聚集体光功能材料、聚集体光敏剂及其应用、近红外二区发光材料及其应用。已在Nat. Photonics、Natl. Sci. Rev、Nat. Commun、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Matter、ACS Central Science.、Adv. Mater等国际顶级期刊发表论文100余篇，包括13篇ESI高被引论文，论文总计被引用10000余次，单篇最高引用1000次，H-index 56。获授权中国专利6项、美国专利1项。主持科技部重点研发项目课题、国自然面上项目、深圳市面上项目等6项。兼任Discover Molecules 期刊（Springer Nature）分栏主编，Aggregate期刊顾问编委，National Science Review期刊青年编委，Smart Molecules期刊青年编委，Chinese Chemical Letters期刊青年编委，《集成技术》期刊青年编委等。

张健全，理工学院助理教授，博士生导师，国家级人才项目入选者，香港中文大学（深圳）校长青年学者。张健全博士2015年本科毕业于浙江大学高分子材料与工程专业，以及竺可桢学院工程教育高级班；2019年博士毕业于香港科技大学化学系，获香港政府奖学金及香港科技大学卓越研究奖。随后入选香港政府创新科技基金博士后人才计划，于香港科技大学从事博士后研究；2023年6月加入香港中文大学（深圳）。张健全博士的主要研究领域为有机光电功能材料（光伏及发光方向）、材料聚集态结构以及电子过程、光电器件及生物医药应用等。迄今在化学/材料/能源领域期刊累计发表论文70余篇，其中以第一或通讯作者（含共同）身份发表论文30余篇，包括Nat. Energy，Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Joule，Energy Environ. Sci.，Adv. Energy Mater.等国际顶尖期刊，被引总计7800余次，h因子为44；其中13篇被评为ESI Highly Cited Paper，1篇被评为ESI Hot Paper；第一作者文章单篇最高引用超过900次；获美国专利授权1项。2023年入选斯坦福大学全球前2%顶尖科学家榜单（纳米科学与技术）。近年来主持国家级人才项目1项，广东省面上项目1项，以及深圳市面上项目1项。

杜鹃教授于2000年获得佳木斯大学医学院临床医学学士学位；2004年获得安徽医科大学生理学硕士学位；2005-2006年，在美国北德克萨斯大学卫生科学中心做访问学者；2011年获得香港中文大学生理学博士学位。2004-2020年，曾任安徽医科大学生理学教授、基础医学院副院长、基础医学国家级虚拟仿真实验教学中心主任。2020年7月加入香港中文大学（深圳）参与医学院筹建工作，现任香港中文大学（深圳）医学院助理教授与助理院长（教育）。科研兴趣主要是钙信号与细胞功能、肿瘤外泌体分泌机制，外泌体在肿瘤早期诊断中的应用、外泌体靶向载药等，先后主持国家自然科学基金项目4项、其他科研项目10项，在JASN，Hypertension，Mol Ther Nucleic Acids等杂志发表SCI论文60余篇，获得安徽省科技成果奖三等奖1项。同时致力于医学教育、教学改革研究和学生创新能力培养，主持教育部产学合作协同育人项目、省重大教改项目、省MOOC示范项目等8项教学课题，荣获安徽省教学名师，获得省教学成果奖3项。发表教学论文20余篇，作为主编、副主编、编委参与《精解生理学》ESP版形态数字化教材、《生理学》、《基础医学整合实验》等7部教材编写，指导本科生获得医学生理学知识竞赛国际赛亚军及国内赛冠军、“互联网+”大学生创新创业大赛国赛铜奖及省赛金奖等各类获奖近20项。

供稿 | 唐本忠教授团队