鄧文婷，王蘭英，關(guān)麗，張歡，哈超

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羅丹寧復(fù)合份菁染料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展

鄧文婷1，2，王蘭英2，關(guān)麗2，張歡1，哈超1

（1西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，陜西西安 710021；2西北大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710127）

羅丹寧復(fù)合份菁染料是一類應(yīng)用廣泛的有機功能染料。其具有摩爾吸光系數(shù)高、光譜響應(yīng)范圍廣以及熒光量子產(chǎn)率高等特性。但其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域報道中可直接應(yīng)用的染料種類太少。本文簡述了近年來羅丹寧復(fù)合份菁染料在一些生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面的應(yīng)用。分析說明羅丹寧復(fù)合份菁染料組分單一，結(jié)構(gòu)明確，性質(zhì)穩(wěn)定，其在抗瘧疾和抗腫瘤活性檢測中顯現(xiàn)出一定活性，且可作為潛在的光敏劑應(yīng)用于光動力療法中，同時在體外細(xì)胞成像和活體成像中也顯示出了一定的應(yīng)用價值等。說明了羅丹寧復(fù)合份菁染料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用潛力，應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)新型結(jié)構(gòu)且性能優(yōu)良的份菁染料以及深入挖掘其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用價值。

羅丹寧復(fù)合份菁染料；抗瘧疾；抗腫瘤；光動力療法；細(xì)胞成像

菁染料是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的功能性化合物，其分子內(nèi)部含有個次甲基鏈（稱為甲川基）組成的共軛鏈（可為奇數(shù)或偶數(shù)），共軛鏈與其兩端或中間連的雜環(huán)、芳環(huán)、環(huán)烯化合物等形成了一個大的π共軛體系。它具有吸光系數(shù)高、光譜響應(yīng)范圍廣以及熒光量子產(chǎn)率高等特性。最初菁染料主要應(yīng)用于感光材料中的鹵化銀乳劑的光譜增感劑。進(jìn)入21世紀(jì)以來，生命科學(xué)成為了時代的主題，學(xué)科之間的交叉融合，使得人們發(fā)現(xiàn)菁染料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中同樣有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，人們已經(jīng)將已經(jīng)將菁染料廣泛應(yīng)用于生物大分子熒光標(biāo)記[1-3]、蛋白組學(xué)[4-5]、光動力學(xué)療法[6-8]、活細(xì)胞成像[9-12]、抗腫瘤藥物[13-14]、DNA檢測[15]、pH探針[16-17]、熒光傳感器[18]等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

份菁染料作為菁染料的重要分支之一，分別由KENDALL和BROODER最早合成出來[19]。份菁染料還可以與第三個雜環(huán)季銨鹽分子縮合，形成復(fù)合份菁染料。復(fù)合份菁染料因組分單一，結(jié)構(gòu)明確，性質(zhì)穩(wěn)定，且在光照時具有強的光毒性，對機體無副作用安全，因而有可能成為光動力療法的光敏劑被應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)中[20]。本文介紹了份菁染料、復(fù)合份菁染料的結(jié)構(gòu)特點以及性質(zhì)特征，并綜述了近年來羅丹寧復(fù)合份菁染料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。

1 羅丹寧復(fù)合份菁染料概述

1.1 份菁染料的結(jié)構(gòu)

份菁染料是一種內(nèi)離子型化合物，作為菁染料的重要分支之一，曾由KENDALL和BROODER分別獨立地制成，并被推薦作為照相敏化劑[22]。份菁染料是酮亞甲基的雜環(huán)與具有活性基團(tuán)的季銨鹽通過次甲基鏈連接的一類染料（圖1）。酮亞甲基雜環(huán)化合物，例如羅丹寧、海硫因、吡唑啉酮、唑二酮等，都在羰基的鄰位含有一個活性亞甲基，這類化合物很容易與帶有一個活性基或活性鏈的含氮雜環(huán)堿的季銨鹽縮合而形成份菁。

在通式中，當(dāng)=0時，為零次甲基份菁；=1時，二次甲基份菁；以此類推。一般情況下，份菁染料是由具有酮亞甲基的雜環(huán)，在有機堿作用下與具有活性基團(tuán)的季銨鹽發(fā)生親核加成-消除反應(yīng)來合成（以3-乙基羅丹寧和2-甲硫基苯并噻唑碘鹽為例，合成路線如圖2所示）。

1.2 復(fù)合份菁染料的結(jié)構(gòu)

復(fù)合份菁染料是由份菁染料與第三個雜環(huán)堿分子在堿性條件下縮合得到的。當(dāng)?shù)饧淄榛蛄蛩峒柞プ饔糜诜葺既玖蠒r，陰離子將固定在酮亞甲基的雜環(huán)核中的氮原子上，而甲基則作為甲硫化物固定在其近旁的硫原子上。甲硫基的反應(yīng)活性極強，它很容易與具有一個活性甲基或亞甲基的化合物，這時便得到一種不對稱性的復(fù)合份菁。圖3是常見復(fù)合份菁的合成路線。

1.3 羅丹寧復(fù)合份菁染料的結(jié)構(gòu)

當(dāng)酮亞甲基雜環(huán)為羅丹寧時，形成的則是羅丹寧復(fù)合份菁染料。當(dāng)=0時，為零次甲基復(fù)合份菁染料；=1時，為二次甲基復(fù)合份菁染料。羅丹寧復(fù)合份菁的結(jié)構(gòu)通式如圖4所示。

2 羅丹寧復(fù)合份菁染料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

羅丹寧是含有N、O、S原子的環(huán)狀小分子化合物，是一類比較重要的雜環(huán)核。其衍生物是一類具有重要生理活性的雜環(huán)化合物，被廣泛應(yīng)用在蛋白酶抑制[21-22]、有機太陽能電池[23-24]、貴金屬的檢測及陰離子識別等領(lǐng)域[25]。而羅丹寧復(fù)合份菁染料是復(fù)合份菁染料中最常見的一種，下文簡要綜述近些年其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。

2.1 抗瘧疾活性

瘧疾（Malaria）是經(jīng)蚊蟲叮咬而感染瘧原蟲所引起的蟲媒傳染病，是除艾滋?。℉IV）和肺結(jié)核之外最嚴(yán)重的寄生蟲病之一。其臨床表現(xiàn)以周期性寒戰(zhàn)、頭痛、發(fā)熱、出汗和貧血、脾腫大為主要特征。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，世界范圍內(nèi)每年因瘧致死人數(shù)為100萬～300萬。非洲中部、南亞、東南亞及南美北部的熱帶地區(qū)是瘧疾的主要流行地區(qū)，其中非洲疫情最嚴(yán)重。近來，由于全球變暖，溫帶地區(qū)的居民可能也將比以往易于感染瘧疾[26]。而對本地的瘧原蟲免疫力較差的兒童、孕婦、旅游者和各地的新移民是易患瘧疾的高危人群。此外，瘧疾耐藥性的出現(xiàn)和快速傳播已大大減少了常用藥物的有效性。因此，人們迫切需要一系列新型的抗瘧藥物，其作用機制新穎，并且與臨床需要契合。

TAKASU課題組[27]在已報道的抗癌劑羅丹菁18（MKT-077）的研究基礎(chǔ)上，探究了MKT-077與傳統(tǒng)的臨床抗瘧藥奎寧（Quinine）及氯喹（Chloroquine）的抗瘧活性及細(xì)胞毒性，結(jié)果見表1。從表1中可以看出，MKT-077對惡性瘧原蟲具有很強的體外活性和較低的細(xì)胞毒性，這些特性使這種染料幾乎和傳統(tǒng)的抗瘧疾藥物一樣有效。分子骨架、雜環(huán)核、陰離子及取代基的構(gòu)效關(guān)系研究表明，羅丹寧骨架對抗瘧活性有著重要的作用；苯并噻唑基團(tuán)是高抗瘧活性的基團(tuán)；而分子親水性和疏水性之間的平衡會影響抗瘧性效率。經(jīng)過篩選，最終得到一種最優(yōu)化的羅丹寧菁染料20（MKH-57），結(jié)構(gòu)見圖5，其抗瘧活性較高且具有顯著的細(xì)胞毒性選擇性。

TAKASU等[27]又繼續(xù)探索優(yōu)化了羅丹菁的合成方法。羅丹菁類染料26的常規(guī)合成路線是經(jīng)典的三步合成法：首先，通過甲硫基雜環(huán)季銨鹽21與羅丹寧衍生物22的縮合得到份菁染料23；然后，將份菁染料23上的雙硫鍵甲硫化得到染料中間體24；最后，份菁的甲硫化物24與帶有活性甲基的雜環(huán)季銨鹽25縮合得到羅丹寧復(fù)合份菁染料26，見圖6。他們在傳統(tǒng)三步法合成的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，即采用一個底部配有微孔過濾器的注射器型容器，通過一鍋三步三組分連續(xù)縮合，使羅丹菁的一鍋多步合成得以實現(xiàn)。按照優(yōu)化好的實驗裝置條件后，在圖6里選擇甲硫基亞胺離子化合物21、羅丹寧衍生物22和亞胺離子25的各種雜環(huán)取代物，采用3×3×3平行合成，最終得到了27種一系列的26類型化合物（見圖7）。由表2可見，除了26dca和26dcc，所得到的羅丹菁染料收益良好（40%左右）。這個方法與傳統(tǒng)的相比，操作更為簡便，既不需要聚合物支持材料也不需要色譜純化。TAKASU課題組也做了化合物26dda、26ddd、26dec及MKH-57的體外抗瘧活性實驗，其結(jié)果列于表3，染料MKH-57表現(xiàn)出比較優(yōu)良的抗瘧活性及高度的選擇性，是一種優(yōu)秀的抗瘧藥取代品，可進(jìn)行近一步臨床實驗。

表1 MKT-077與常規(guī)抗瘧藥的抗瘧活性及毒性實驗結(jié)果[27]

①惡性瘧原蟲（FCR-3）；②小鼠乳腺腫瘤細(xì)胞（FM3A）；③選擇性毒性=FM3A的EC50值/FCR-3的EC50值。（EC50是半最大效應(yīng)濃度，是指能引起50%最大效應(yīng)的濃度）

表2 一鍋三組分組合合成及產(chǎn)率（純度）[27]

212225 22c22d22e 21b26bca26bda26bea25a 22%（＞95%）28%（＞95%）27%（＞95%） 26bcc26bdc26bec25c 36%（＞95%）18%（＞95%）26%（＞95%） 26bcd26bdd26bed25d 47%（＞95%）44%（＞95%）49%（85%） 21c26cca26cda26cea25a 33%（＞95%）54%（80%）33%（＞95%） 26ccc26cdc26cec25c 26%（＞95%）53%（80%）25%（90%） 26ccd26cdd26ced25d 56%（＞95%）64%（＞95%）53%（＞95%） 21d26dca26ddaMKH-5725a 3%（90%）34%（＞95%）26%（＞95%） 26dcc26ddc26dec25c 3%（90%）30%（＞95%）26%（＞95%） 26dcd26ddd26ded25d 63%（＞95%）58%（＞95%）60%（90%）

注：括號內(nèi)數(shù)字為純度，純度通過1H NMR測定。

表3 選擇的羅丹寧系列染料的體外抗瘧活性結(jié)果[27]

染料EC50(M)選擇性毒性③ FCR-3①FM3A② 26dda2.3×10–81.1×10–5480 26ddd2.6×10–77.2×10–73 26dec5.2×10–85.8×10–711 MKH-571.2×10–81.2×10–51000

①惡性瘧原（FCR-3）；②小鼠乳腺腫瘤細(xì)胞（FM3A）；③選擇性毒性=FM3A的EC50值/FCR-3的EC50值。

TAKASU等[28]報道了兩類新型菁次甲基鏈氮雜的羅丹寧復(fù)合份菁染料合成（圖8），拓展了若單寧復(fù)合份菁染料的類型，其代表物質(zhì)27a和28a合成步驟見圖9。對合成的染料進(jìn)行體外惡性瘧原蟲K1的抗瘧活性和活體小鼠模型毒性實驗研究，探究了這類染料的構(gòu)效關(guān)系。兩類化合物均表現(xiàn)出具有前途的體外藥效（IC50值范圍4～23nmol/L，IC50表示半抑制濃度）及良好的選擇性。活體實驗結(jié)果表明，Ⅰ類染料毒性高于Ⅱ類染料。由4個雜環(huán)單元組成的系列Ⅱ染料28，在活體實驗表現(xiàn)出良好的寄生蟲血癥抑制性和較低的毒性。其中，含有吡啶環(huán)和6-氯苯并噻唑的燃料28c在構(gòu)效研究中（SAR，structure-activity ralationships），以20～25mg/kg·day的注射劑量抑制了97%的寄生蟲，同時其沒有高毒性的跡象，并大大延長了瘧疾感染小鼠的生存時間，結(jié)果見表4。這些化合物的藥動學(xué)、藥效學(xué)以及降低毒性合成改善被繼續(xù)關(guān)注。

表4 兩類染料在活體內(nèi)的抗瘧效能結(jié)果①[28]

染料給藥劑量②/mg·kg–1·d–1抑制率/%MSD③ 27a10(ip)64.5ND④ 27b10(ip)54.6ND 27c10(ip)54.1ND 27d25(ip)62.75.5 28a25(ip)78.45.6 28b25(ip)49.77.0 28c25(ip)97.125.3 28c100(op)41.76.5 28d25(ip)96.422.0 28e25(ip)79.510.8 28f25(ip)98.36.3 28g25(ip)95.57.7 28h25(ip)95.718.0 28i25(ip)95.65.3 28j25(ip)88.416.0 28k25(ip)73.112.8 28l25(ip)95.05.0 氯喹10(ip)90.622.7

①活體測試條件：使用5只癌癥小鼠，采用Peters’ 4-day 抑制方案；② ip =腹腔注射，op =口服；③MSD=平均存活天數(shù)，MSD對于未注射的小鼠來說是6天左右；④ND=未確定。

2.2 抗腫瘤活性

KAWAKAMI課題組[29]通過實驗合成了兩系列羅丹菁（圖10），其中代表染料9的合成路線見圖11。以2-甲硫基苯并噻唑、3-乙基-2-甲基苯并噻唑碘鹽及3-乙基羅丹寧為原料在堿性條件下通過四步反應(yīng)得到染料9。將這些染料用于生物實驗中，研究發(fā)現(xiàn)，這些羅丹菁可以抑制結(jié)腸癌細(xì)胞（CX-1）的生長，并且這些染料對正常腎臟細(xì)胞系（CV-1）表現(xiàn)出相對低的毒性：IC50(CX-1)=50μmol/L，IC50(CV-1)=17.3μmol/L。這些羅丹菁在活體實驗中對惡性黑色素瘤和卵巢癌細(xì)胞表現(xiàn)染料28c在構(gòu)效研究中以20～25mg/kg·day的注射劑量抑制了97%的寄生蟲，同時其沒有高毒性的跡象，并大大延長了瘧疾出很高水平的抑制性。所以這些羅丹菁可以作為新型抗腫瘤劑應(yīng)用于進(jìn)一步的臨床研究。

該課題組還研究了羅丹菁的構(gòu)效關(guān)系規(guī)律，其中包括：改變羅丹菁結(jié)構(gòu)通式中雜環(huán)A和B的種類，在份菁共軛體系中去掉一個芳雜環(huán)，或者將羅丹寧取代為一個結(jié)構(gòu)相關(guān)的部分，比如4-羰基咪唑烷，4-羰基-1，3-二噻戊環(huán)。表5是羅丹菁染料和普通菁染料對人體結(jié)腸癌細(xì)胞（CX-1）和猴子正常腎臟上皮細(xì)胞（CV-1）的克隆形成實驗對比結(jié)果，從表5中可以看出：羅丹菁染料9與菁染料10對比基本上是等效抑制活性，而羅丹菁染料12與菁染料11對比是2倍抑制活性。從表5中還可以發(fā)現(xiàn)羅丹菁對CV-1的低毒性和由IC50（CV-1）/IC50（CX-1）的比值定義的高選擇性規(guī)律是：它們比對應(yīng)的菁染料更具有選擇性，其中染料9比染料10高17倍，染料12比染料11高109倍。結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系的研究證明羅丹寧環(huán)是羅丹寧染料抗癌活性不可缺少的部分。

表5 羅丹菁和相應(yīng)菁染料對人體結(jié)腸癌細(xì)胞（CX-1）和猴子正常腎臟上皮細(xì)胞（CV-1）的克隆形成實驗結(jié)果[29]

KAWAKAMI等[30]又在上述研究的基礎(chǔ)上，在Ⅰ類和Ⅱ類羅丹寧菁中（圖12），改變A雜環(huán)、B雜環(huán)及陰離子X–的種類，最終篩選出化學(xué)性質(zhì)及生物活性最優(yōu)良的染料。在Ⅰ類化合物中，其中A雜環(huán)與羅丹寧環(huán)是通過兩個次甲基共軛在一起的，在荷瘤裸鼠模型的研究結(jié)果表明，化合物12，13，14和15是有效的，但它們沒有足夠好的的化學(xué)性質(zhì)（如穩(wěn)定性，溶解度）以適應(yīng)進(jìn)一步的臨床應(yīng)用。而在Ⅱ類化合物中，其中A雜環(huán)與羅丹寧環(huán)直接相連，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，具有苯并噻唑基部分的A環(huán)化合物16和17，表現(xiàn)出令人滿意的生物和化學(xué)性質(zhì)。針對上述實驗結(jié)果，研究者決定固定A環(huán)為苯并噻唑環(huán)，然后引入各種不同的雜環(huán)基作為B環(huán)，其結(jié)果是當(dāng)選擇吡啶環(huán)作為B環(huán)時（即化合物16），得到的羅丹菁生化性質(zhì)最佳。此外，在化合物篩選中，陰離子變化對染料在水中的溶解度產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，但不會對抗腫瘤活性產(chǎn)生影響。最終選擇氯離子作為陰離子是因為易于合成，同時具有優(yōu)良的水溶性。將這一系列新型的羅丹菁作為抗癌劑，進(jìn)行活體實驗，結(jié)果表明它們對人體結(jié)腸癌細(xì)胞（CX-1）具有選擇性。構(gòu)效研究結(jié)果最終篩選出化合物18（命名為MKT-077），其在生物實驗表現(xiàn)出顯著且具有選擇性的抗癌活性和較低的毒性，是一種很有前途的抗腫瘤劑。

（反應(yīng)條件：a—TsOMe ，苯甲醚；b—3-乙基羅丹寧，Et3N，MeCN；c—TsOMe，DMF ；d—3-乙基-2-甲基苯并噻唑碘鹽，Et3N，MeCN）

圖12 MKT-077的篩選過程[30]

2.3 光動力療法光敏劑

光動力療法（photodynamic therapy，PDT）是繼手術(shù)、放療和化療以來的第四種微創(chuàng)或無創(chuàng)的腫瘤治療方法，其優(yōu)于放療和化療的根本就是治療特異性高。迄今為止已有數(shù)千例的治療報道，其治療范圍涉及腦瘤、頭頸部腫瘤、食管癌、直腸癌、肺癌、胸壁腫瘤、乳腺癌和婦科腫瘤等多種腫瘤?，F(xiàn)如今，光動力療法已經(jīng)被美國、英國、德國、日本和加拿大等許多國家正式批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床試驗。

光動力療法（PDT）是一種非侵入式的腫瘤治療方法，它包含三個基本要素：光敏劑（PS）、適當(dāng)波長的光及產(chǎn)生細(xì)胞毒性的單線態(tài)氧（1O2*）。光敏劑是影響PDT效果的核心物質(zhì)，而菁染料是一類可直接用于腫瘤診斷及治療的功能型染料。它殺傷腫瘤細(xì)胞的作用機理如圖13所示[31]：光敏劑吸收特定波長的光后，立即從最初的PS基態(tài)躍遷至短暫的單重態(tài)（1PS*），1PS*通過系間跨越（ISC）過程轉(zhuǎn)換到激發(fā)三重態(tài)（3PS*）。大量研究表明[32-34]，（反應(yīng)條件：a—CH3I，MeOH，43℃；b—Et3N，EtOH，Reflux；c—-TsOMe，DMF，130℃；d—Et3N，MeCN，70℃）PDT主要是通過3PS*給組織內(nèi)部的氧分子傳遞能量，從而導(dǎo)致癌變的組織內(nèi)產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧ROS（如單態(tài)氧1O2*、超氧陰離子、過氧化氫及羥自由基等）。然后這些氧化產(chǎn)物再通過氧化損傷作用使靶部位細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能被破壞，從而引起靶細(xì)胞的凋亡和壞死，同時也不會影響周圍的正常細(xì)胞。

XIANG等[35]以2-甲硫基苯并噻唑、3-乙基羅丹寧、2，3-二甲基苯并噻唑碘鹽及4-甲基喹啉碘鹽為原料合成了兩種復(fù)合份菁染料19a和19b（圖14），研究了兩種染料的光譜特性，實驗發(fā)現(xiàn)：在質(zhì)子性溶劑中隨著介電常數(shù)的增加，該染料的max呈藍(lán)移；在非質(zhì)子性溶劑中，隨著溶劑折射率的增加，該染料的max呈紅移。同時在生理條件下研究了兩種染料與DNA、BSA的相互作用，結(jié)果表明，染料19a與DNA作用后熒光強度明顯增強，它有可能成為一種檢測DNA的熒光探針。最后研究染料19a和19b作為PDT光敏劑，對K562慢性髓性白血病細(xì)胞的體外光動力活性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該類化合物對K562細(xì)胞呈現(xiàn)出很低的暗毒性和明顯的光毒性。圖15是19a和19b作為PDT光敏劑對K562慢性髓性白血病細(xì)胞的光動力活性實驗效果圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在無光照時，化合物2對K562細(xì)胞沒有毒性，或細(xì)胞毒性極低（各組細(xì)胞的存活率都大于90%），即呈現(xiàn)出很低的暗毒性。光照下化合物2對K562細(xì)胞有明顯的光毒性，當(dāng)光照下在化合物2濃度為5.0×10-6mol/L時，K562細(xì)胞的生長抑制率達(dá)到了84%。這個實驗結(jié)果說明，染料19a及19b可能成為光動力療法用光敏劑，有應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)的潛能。

A—空白對照不光照；B—加入染料19a，不光照；C—加入染料19a，光照；D—加入染料19b，不光照；E—加入染料19b，光照

2.4 體外細(xì)胞成像與活體體內(nèi)成像

體外細(xì)胞成像技術(shù)是一種在細(xì)胞或組織水平進(jìn)行高分辨率成像和精確定量分析的技術(shù)，在發(fā)現(xiàn)和鑒別藥物靶點、新化合物實體（new chemical entities，NCEs）毒性篩選以及早期的毒性研究和安全性評價中廣泛應(yīng)用。小動物活體體內(nèi)光學(xué)成像（opticalin vivo imaging，OI）技術(shù)是采用生物發(fā)光與熒光兩種方式，利用高靈敏度的光學(xué)檢測儀器直接檢測動物活體體內(nèi)的細(xì)胞活動和基因行為。利用該技術(shù)可以檢測活體動物體內(nèi)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移、炎癥的發(fā)生、特定基因的表達(dá)和藥物作用效果等[36]。OI相對于其他成像方式如計算機斷層掃描（CT）、超聲（US）、磁共振（MRI）、核素成像（PET/SPECT）而言更加側(cè)重于功能成像[37]。由于在活體水平能夠連續(xù)動態(tài)的觀測生物體內(nèi)基因和細(xì)胞的活動，該技術(shù)在生命醫(yī)藥科學(xué)研究中發(fā)揮了重要的作用[38]。

GAO等[39]以2-甲基喹啉甲基碘鹽、3-甲基羅丹寧、3-乙基羅丹寧、2-甲基苯并[c，d]吲哚高氯酸鹽等9種染料中間體為原料合成了13種羅丹寧二次份菁染料（見圖16），并研究了其在生物性質(zhì)方面的一些應(yīng)用，包括染料對L929和A549細(xì)胞的細(xì)胞毒性、細(xì)胞成像及活體成像。

用激光共聚焦顯微成像考察了8種染料對L929和A549細(xì)胞在濃度為1.00×10–5mol/L時的細(xì)胞染色，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：染料7a對活細(xì)胞無明顯染色，染料7b～7h都能對細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行很好的染色，結(jié)果如圖17所示。從圖中可以看出：染料在細(xì)胞質(zhì)區(qū)域發(fā)出明亮的熒光，而在細(xì)胞核區(qū)域基本不發(fā)熒光。圖中a是染料對細(xì)胞質(zhì)的染色（紅色區(qū)域），b是商品化的Hoechst 33342對核的染色（藍(lán)色區(qū)域）；圖c是圖a和b的疊加圖；d是拍攝時的明場，從圖c和d中可以看出，疊加圖就是一個完整的細(xì)胞，所以合成的份菁染料能穿透細(xì)胞膜只對細(xì)胞質(zhì)染色。這有助于在線觀察細(xì)胞分裂及細(xì)胞凋亡，分析細(xì)胞的發(fā)育階段，對細(xì)胞的相關(guān)研究有很大的意義。

基于染料在細(xì)胞中的成像結(jié)果，WANG課題組[35]又進(jìn)行活體體內(nèi)熒光成像檢測。將實驗用昆侖鼠分為兩組，分別是對照組和實驗組。將染料7d和7h（400μL×400μmol/L生理鹽水中，含有1% DMSO）注射到第二組小鼠的腹腔內(nèi)腔，20min后檢測小鼠體內(nèi)成像，見圖18。這些結(jié)果證實新的染料具有檢測活體動物體內(nèi)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移、炎癥的發(fā)生、特定基因的表達(dá)和藥物作用效果等的潛在應(yīng)用，為進(jìn)一步深入研究體內(nèi)活動提供理論依據(jù)。

圖16 13種羅丹寧二次份菁染料合成路線[39]

a1～a6—染料在細(xì)胞質(zhì)區(qū)域成像（紅色）；b1～b6—Hoechst 33342在細(xì)胞核區(qū)域成像（藍(lán)色）；c1～c6—a和b的疊加圖；d1～d6拍照時的明場

(a) 對照組 (b) 注射染料后小鼠的熒光成像

圖18 染料7d和7h在小鼠體內(nèi)的成像[35]

3 結(jié)語

羅丹寧復(fù)合份菁染料是一類應(yīng)用廣泛的有機功能染料，其具有摩爾吸光系數(shù)高、光譜響應(yīng)范圍廣以及熒光量子產(chǎn)率高等特性，且組分單一，結(jié)構(gòu)明確，性質(zhì)穩(wěn)定。羅丹寧環(huán)在性質(zhì)上由于硫原子有較大的配位能力，更容易與生物分子相互作用，且其生物活性較大，可與親電試劑發(fā)生反應(yīng)，通過雜環(huán)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)染料的光物理性能和水溶性等以獲得不同性能的復(fù)合份菁。近些年來羅丹寧復(fù)合份菁在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究有一些進(jìn)展。其在抗瘧疾和抗腫瘤中顯現(xiàn)一些活性，且可作為潛在的光敏劑應(yīng)用于光動力療法中，同時在體外細(xì)胞成像和活體成像中還顯示出了一定的應(yīng)用價值等。但是，羅丹寧復(fù)合份菁染料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的潛能尚未完全開發(fā)，報道中可直接應(yīng)用的種類太少。因此，開發(fā)新型結(jié)構(gòu)且性能優(yōu)良的染料，完善其檢測技術(shù)，繼續(xù)深入挖掘和拓寬其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，是人們目前急需完成的研究內(nèi)容。

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Biomedical research progress of rhodanine merocyanine dyes

DENG Wenting1，2，WANG Lanying2，GUAN Li2，ZHANG Huan1，HA Chao1

（1School of Pharmaceutic Xi’an Medical University，Xi’an 710021，Shaanxi，China；2School of Chemistry and Materials Science，Northwest University，Xi’an 710127，Shaanxi，China）

Rhodanine compound cyanine dye is a kind of widely used organic dyes that have high molar absorption coefficient，wide range of spectral response，and the high quantity of fluorescent rate. However，there are few reports on the direct applications in the field of biomedical dye types. This paper discussed the latest biomedical applications of rhodanine compound of cyanine dyes. Because of single component，well defined structure，and the stable properties，rhodanine compound cyanine dye has been applied to fight malaria，antitumor，photodynamic therapy，cell imaging，. It showed a certain activity in malaria and antitumor activity detection，and can be used as potential photosensitizer for light photodynamic therapy，andcell imaging. The rhodanine compound of cyanine dyes have good potential applications in biomedical field. The development of the novel structure and excellent performance of cyanine dyes will extend its application in the field of biomedical.

rhodanine cyanine dyes；malaria；antitumor；photodynamic therapy；cell image

TQ619.7

A

1000–6613（2017）01–0305–11

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.01.039

2016-05-19；修改稿日期：2016-08-11。

國家自然科學(xué)基金（21305109，81202492，81302706），陜西省科學(xué)技術(shù)廳自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃（2014JQ2073，2014K02-11-01）及西安醫(yī)學(xué)院博士啟動基金（2012 Doc 09）項目。

鄧文婷（1985—），女，實驗師，博士研究生，主要研究方向為生物有機化學(xué)。E-mail：dengwenting2007@163.com。