光动力疗法所用叶绿素
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光动力疗法所用叶绿素类光敏剂
叶绿素的定义及种类
• 叶绿素是二氢卟吩（chlorin） 色素，结构上和卟啉色素例如 血红素类似。在二氢卟吩环的 中央有一个镁原子。叶绿素有 多个侧链，通常包括一个长的 植基（phytyl chain）——维基 百科
叶绿素的分类
用于光动力疗法中的叶绿素
• 目前用于光动力疗法中的叶绿素分为两大类：叶绿素a降 解产物衍生物和中介（取代芳基）卟吩或二氢卟吩。 • 一、叶绿素a降解产物衍生物 叶绿素a是一种天然色素，与血红蛋白结构相似。叶绿 素a在植物细胞中与蛋白质结合成叶绿体，性质较稳定。 而游离叶绿素很不稳定，对光、热、酸、碱和酶等理化因 素敏感。因而叶绿素需经过化学修饰转化成稳定的衍生物 才能用于药品中。叶绿素a的降解产物和衍生物为含有四 个吡咯环的二氢卟吩结构其化学性质相对较卟啉稳定，在 红光区吸收系数至少比卟啉高出一个数量级。因此成为新 光敏剂的研究热点之一。
用于光动力疗法中的叶绿素
3、紫红素18和二氢卟吩 p6 紫红素18及其水化物二氢卟吩 p6 的衍生物Kevin 是另 一类叶绿素a降解产物。陈振德等从家蚕粪中分离得紫红 素18，后者经碱处理得到二氢卟吩 p6 ，并以此为原料合成 一系列的紫红素18及二氢卟吩 p6衍生物。实验结果表明二 氢卟吩 p 及其衍生物在非细胞体系内的光敏化和动物移植 瘤的光动力效果远高于HpD。 有学者对二氢卟吩 e6 、二氢卟吩f、二氢卟吩f甲醚及 二氢卟吩 p6 酰胺衍生物的肿瘤光生物活性做了深入探究， 药理实验结果表明，不同的二氢卟吩衍生物的光敏化能力、 对体外癌细胞灭活作用和动植物的光动力疗效均明显高于
用于光动力疗法中的叶绿素
卟啉和叶绿素-a 及其衍生物的芳香性结构 叶绿素-a 及其衍生物在 A-B 环端一般都连有烃类取代基团而体现着亲脂溶性，而 C-D 环端向的多 氧官能团则表现出相应的亲水溶性，良好的水脂溶性决定了叶绿 素-a 及其衍生物的广泛生物利用度。 叶绿素二氢卟吩的芳香性极限式 B1 是最稳 定的结构，该结构的共轭体系决定着大环分子的最大可见光吸收。
叶绿素a的结构
叶绿素a的理化性质
卟啉和叶绿素-a 及其衍生物的芳香性结构 叶绿素-a 及其衍生物在 A-B 环端一般都连有烃类取代基团而体现着亲脂溶性，而 C-D 环端向的多 氧官能团则表现出相应的亲水溶性，良好的水脂溶性决定了叶绿 素-a 及其衍生物的广泛生物利用度。 叶绿素二氢卟吩的芳香性极限式 B1 是最稳 定的结构，该结构的共轭体系决定着大环分子的最大可见光吸收。
用于光动力疗法中的叶绿素
2、m-THPC 全称是meso-四（间-羟基苯基）二氢卟吩化合物， H21，它是英国化学家bonnett教授首先在1989年开发出 来的。现已经进入临床Ⅲ期实验。和其他第二代光敏剂一 样在近红外区650nm，有很强的克分子消光系数，用很低 2 的药物剂量（0.1mg/kg）和光照剂量（10J/cm ）就可以 杀死动物体内的肿瘤。通过实验比较一些列的m-THPC的 类似物作为光敏剂的特性最终发现m-THPC最好。 它的优点是： ⑴光物理性质比较满意，在甲醇中的 三线态产率是0.9，在饱和空气和甲醇中的单态氧量子产 率是0.43； ⑵纯度高而且可以用HPLC分析含量和在生物 LD 样品中的代谢； ⑶ m-THPC不会致突变， 50 （细胞死亡
用于光动力疗法中的叶绿素
获准用于治疗早期肺癌。由于在17-位尾端存在这天冬酰 胺残基，NP e6 显示出良好的亲水性。NP e6 在664nm处有
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很强的吸收，其摩尔吸光系数为4×10 L ∙ mol ∙ cm 。 NP e6 的Ⅰ期临床实验通过了所有安全性和耐受性方面的 测试，在用药24~48小时后可以观察到肿瘤细胞坏死。在 Ⅱ，Ⅲ期临床实验中，其对肺癌，肝癌皮肤癌 和扩散性 肿瘤的治疗效果都令人振奋。另外NP e6 在体内代谢很快， 对人体正常组织损伤较少。因此它是一种非常有应用前景 的光动力抗肿瘤药物。
叶绿素-a的性质
• 叶绿素-a 及其衍生物在 A-B 环端一般都连 有烃类取代基团而体现着亲脂溶性，而 CD 环端向的多 氧官能团则表现出相应的亲 水溶性，良好的水脂溶性决定了叶绿素-a 及其衍生物的广泛生物利用度。 叶绿素二 氢卟吩的芳香性极限式 B1 是最稳定的结构， 该结构的共轭体系决定着大环分子的最大 可见光吸收。因此 沿着 N 21 -N 23 轴的结 构修饰可以改变二氢卟吩分子的光物理性 质。
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用于光动力疗法中的叶绿素
血卟啉衍生物（HpD）。 自然界存在的叶绿素有十余种，以上仅为叶绿素a的降 解产物及其衍生物。因此包括叶绿素b、菌绿素和绿菌叶 绿素等不同叶绿素及其降解产物衍生物光动力治疗的癌症 新药的发展前景十分广阔。 二、中介（取代芳基）卟吩或二氢卟吩 中介取代芳基卟吩衍生物是一类人工合成的中介位上具有 取代芳基的合成衍生物，因其四吡咯大环无其他取代基又 称中介取代芳基中吩衍生物。其红光区的吸收系数高于 HpD，相应的二氢卟吩在红光区的吸收则要比HpD高一个 数量级。有报道称，中介取代芳基卟吩衍生物对肿瘤组织
用于光动力疗法中的叶绿素
的亲和力要比血卟啉高10倍。 1、TPPS、TNPS及TCPP Zanell研究了几种放射性标记中介——四-（取代芳基） 卟啉衍生物TPPS、TNPS及TCPP，发现他们在恶性组织 中的潴留均比较大。许德余合成了一系列中介四取代苯基 卟啉衍生物并测定了他们的光敏化能力和对动物移植瘤的 光动力损伤。实验结果表明，中介取代苯基卟啉具有较强 的光敏化能力，TPPS的光敏化能力较HpD高出约50倍， 大多数化合物都高出HpD3倍。但对体外培养人癌细胞的 光灭活作用并不明显，除了苯环上带有Mannich碱基的衍 生物。
用于光动力疗法中的叶绿素
成单态氧
叶绿素a的结构
• 叶绿素-a( Chl-a) 的基本碳架是由 4 个吡咯子环桥 连而成的大环金属镁配合物，由于含有一个二氢 吡咯子环而隶属二氢卟吩类化合物。与其他卟啉 类衍生物一样，具有多齿配位作用的叶绿素色基 显示 出共轭大环的结构特征，在其氮杂轮烯结构 的周环上连有多种不同的取代基团而表现出鲜明 的非对称 性。A-B 环端向的亲脂溶性和 C-D 环端 向的亲水溶性以及外接稠并的五元 E 环，均明显 影响着叶绿素 衍生物的化学性质和物理性质。叶 绿素-a 是通过 4 个次甲基将 A、B、C、D 四吡咯 环连接成环并构成基 本骨架。
用于光动力Leabharlann 法中的叶绿素具有良好的光动力活性，理想的作用光谱以及准确的靶向 性，与第一代光敏剂相比，光毒性低，基本不需要避光， 用量小，使用方便，是一种极具潜力的治疗癌症用光敏剂。 2、二氢卟吩 e6 及其衍生物 二氢卟吩 e6 叶绿素稳定降解产物中与生物活性联系 最广的成分 之一，并且已成为光动力治癌新药研究中备受 瞩目的研究对象。动物实验中观察到，它的分布特点是血 药浓度高、半衰期较长和肿瘤组织中潴留 量大且相对时间 较长。其对肿瘤光动力损伤效应与药物剂量及光剂量成正 比，与给药至光照的时间间隔成反比。 NP e6 （55，单-天冬酰胺基二氢卟吩 ）是另一种应 用与临床的第二代光动力肿瘤治疗的光敏剂，在日本已经
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大于50%的条件）大于3mg/kg，这是光疗计量的20-30倍； ⑷老鼠体内的实验表明，使用m-THPC时，如果用药和照 射时间间隔为48-72小时，比通常的24小时效果好，用药 2 2 剂量和光剂量仅为0.1mg/kg，200mW/ cm 的光20J/ cm 。 对皮肤的光敏反应较小，可在14天内清除不向photofrin需 要1-2个月。 美国的Zhang等利用从飞秒到毫秒的时间分辨光谱技术 测定了m-THPC在溶液中的激发动力学性质，时间分解瞬 态吸收和荧光光谱的测量表明它的激发单重态的寿命为 10-14ns，且与氧的浓度无关；在饱和空气和的溶液中它 的三重态寿命是~250ns，且与氧的浓度有关，说明mTHPC的光动力机制主要是通过三线态-三线态能量转化形
用于光动力疗法中的叶绿素
•
目前叶绿素a主要采用降解、氧化还原、加成和取代 等方法对叶绿素a进行化学反应得到。基本过程是：叶绿 素a降解生成脱镁叶绿酸a和焦脱镁叶绿酸a，进一步降解 生成二氢卟吩e6 和紫红素18及二氢卟吩 p6 。 1、脱镁叶绿酸a及其衍生物 脱镁叶绿酸a吸收峰为660nm，肿瘤/正常组织比为 13.5:1。有研究表明，脱镁叶绿酸a对体外培养的人癌细 胞的光动力杀伤作用约较血卟啉（HpD）大10倍。 在光动力肿瘤治疗中最著名的临床的叶绿素类二氢卟 吩光敏剂，当属叶绿酸衍生物HPPH（3-（1-已氧已基）3-去乙烯基焦脱镁叶绿酸a)，该药物在美国已经二期临床， 在中国也处于临床前研究的后期。HPPH结构单一，激发 波长长，暗毒性小，
叶绿素的定义及种类
• 叶绿素是二氢卟吩（chlorin） 色素，结构上和卟啉色素例如 血红素类似。在二氢卟吩环的 中央有一个镁原子。叶绿素有 多个侧链，通常包括一个长的 植基（phytyl chain）——维基 百科
叶绿素的分类
用于光动力疗法中的叶绿素
• 目前用于光动力疗法中的叶绿素分为两大类：叶绿素a降 解产物衍生物和中介（取代芳基）卟吩或二氢卟吩。 • 一、叶绿素a降解产物衍生物 叶绿素a是一种天然色素，与血红蛋白结构相似。叶绿 素a在植物细胞中与蛋白质结合成叶绿体，性质较稳定。 而游离叶绿素很不稳定，对光、热、酸、碱和酶等理化因 素敏感。因而叶绿素需经过化学修饰转化成稳定的衍生物 才能用于药品中。叶绿素a的降解产物和衍生物为含有四 个吡咯环的二氢卟吩结构其化学性质相对较卟啉稳定，在 红光区吸收系数至少比卟啉高出一个数量级。因此成为新 光敏剂的研究热点之一。
用于光动力疗法中的叶绿素
3、紫红素18和二氢卟吩 p6 紫红素18及其水化物二氢卟吩 p6 的衍生物Kevin 是另 一类叶绿素a降解产物。陈振德等从家蚕粪中分离得紫红 素18，后者经碱处理得到二氢卟吩 p6 ，并以此为原料合成 一系列的紫红素18及二氢卟吩 p6衍生物。实验结果表明二 氢卟吩 p 及其衍生物在非细胞体系内的光敏化和动物移植 瘤的光动力效果远高于HpD。 有学者对二氢卟吩 e6 、二氢卟吩f、二氢卟吩f甲醚及 二氢卟吩 p6 酰胺衍生物的肿瘤光生物活性做了深入探究， 药理实验结果表明，不同的二氢卟吩衍生物的光敏化能力、 对体外癌细胞灭活作用和动植物的光动力疗效均明显高于
用于光动力疗法中的叶绿素
卟啉和叶绿素-a 及其衍生物的芳香性结构 叶绿素-a 及其衍生物在 A-B 环端一般都连有烃类取代基团而体现着亲脂溶性，而 C-D 环端向的多 氧官能团则表现出相应的亲水溶性，良好的水脂溶性决定了叶绿 素-a 及其衍生物的广泛生物利用度。 叶绿素二氢卟吩的芳香性极限式 B1 是最稳 定的结构，该结构的共轭体系决定着大环分子的最大可见光吸收。
叶绿素a的结构
叶绿素a的理化性质
卟啉和叶绿素-a 及其衍生物的芳香性结构 叶绿素-a 及其衍生物在 A-B 环端一般都连有烃类取代基团而体现着亲脂溶性，而 C-D 环端向的多 氧官能团则表现出相应的亲水溶性，良好的水脂溶性决定了叶绿 素-a 及其衍生物的广泛生物利用度。 叶绿素二氢卟吩的芳香性极限式 B1 是最稳 定的结构，该结构的共轭体系决定着大环分子的最大可见光吸收。
用于光动力疗法中的叶绿素
2、m-THPC 全称是meso-四（间-羟基苯基）二氢卟吩化合物， H21，它是英国化学家bonnett教授首先在1989年开发出 来的。现已经进入临床Ⅲ期实验。和其他第二代光敏剂一 样在近红外区650nm，有很强的克分子消光系数，用很低 2 的药物剂量（0.1mg/kg）和光照剂量（10J/cm ）就可以 杀死动物体内的肿瘤。通过实验比较一些列的m-THPC的 类似物作为光敏剂的特性最终发现m-THPC最好。 它的优点是： ⑴光物理性质比较满意，在甲醇中的 三线态产率是0.9，在饱和空气和甲醇中的单态氧量子产 率是0.43； ⑵纯度高而且可以用HPLC分析含量和在生物 LD 样品中的代谢； ⑶ m-THPC不会致突变， 50 （细胞死亡
用于光动力疗法中的叶绿素
获准用于治疗早期肺癌。由于在17-位尾端存在这天冬酰 胺残基，NP e6 显示出良好的亲水性。NP e6 在664nm处有
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很强的吸收，其摩尔吸光系数为4×10 L ∙ mol ∙ cm 。 NP e6 的Ⅰ期临床实验通过了所有安全性和耐受性方面的 测试，在用药24~48小时后可以观察到肿瘤细胞坏死。在 Ⅱ，Ⅲ期临床实验中，其对肺癌，肝癌皮肤癌 和扩散性 肿瘤的治疗效果都令人振奋。另外NP e6 在体内代谢很快， 对人体正常组织损伤较少。因此它是一种非常有应用前景 的光动力抗肿瘤药物。
叶绿素-a的性质
• 叶绿素-a 及其衍生物在 A-B 环端一般都连 有烃类取代基团而体现着亲脂溶性，而 CD 环端向的多 氧官能团则表现出相应的亲 水溶性，良好的水脂溶性决定了叶绿素-a 及其衍生物的广泛生物利用度。 叶绿素二 氢卟吩的芳香性极限式 B1 是最稳定的结构， 该结构的共轭体系决定着大环分子的最大 可见光吸收。因此 沿着 N 21 -N 23 轴的结 构修饰可以改变二氢卟吩分子的光物理性 质。
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用于光动力疗法中的叶绿素
血卟啉衍生物（HpD）。 自然界存在的叶绿素有十余种，以上仅为叶绿素a的降 解产物及其衍生物。因此包括叶绿素b、菌绿素和绿菌叶 绿素等不同叶绿素及其降解产物衍生物光动力治疗的癌症 新药的发展前景十分广阔。 二、中介（取代芳基）卟吩或二氢卟吩 中介取代芳基卟吩衍生物是一类人工合成的中介位上具有 取代芳基的合成衍生物，因其四吡咯大环无其他取代基又 称中介取代芳基中吩衍生物。其红光区的吸收系数高于 HpD，相应的二氢卟吩在红光区的吸收则要比HpD高一个 数量级。有报道称，中介取代芳基卟吩衍生物对肿瘤组织
用于光动力疗法中的叶绿素
的亲和力要比血卟啉高10倍。 1、TPPS、TNPS及TCPP Zanell研究了几种放射性标记中介——四-（取代芳基） 卟啉衍生物TPPS、TNPS及TCPP，发现他们在恶性组织 中的潴留均比较大。许德余合成了一系列中介四取代苯基 卟啉衍生物并测定了他们的光敏化能力和对动物移植瘤的 光动力损伤。实验结果表明，中介取代苯基卟啉具有较强 的光敏化能力，TPPS的光敏化能力较HpD高出约50倍， 大多数化合物都高出HpD3倍。但对体外培养人癌细胞的 光灭活作用并不明显，除了苯环上带有Mannich碱基的衍 生物。
用于光动力疗法中的叶绿素
成单态氧
叶绿素a的结构
• 叶绿素-a( Chl-a) 的基本碳架是由 4 个吡咯子环桥 连而成的大环金属镁配合物，由于含有一个二氢 吡咯子环而隶属二氢卟吩类化合物。与其他卟啉 类衍生物一样，具有多齿配位作用的叶绿素色基 显示 出共轭大环的结构特征，在其氮杂轮烯结构 的周环上连有多种不同的取代基团而表现出鲜明 的非对称 性。A-B 环端向的亲脂溶性和 C-D 环端 向的亲水溶性以及外接稠并的五元 E 环，均明显 影响着叶绿素 衍生物的化学性质和物理性质。叶 绿素-a 是通过 4 个次甲基将 A、B、C、D 四吡咯 环连接成环并构成基 本骨架。
用于光动力Leabharlann 法中的叶绿素具有良好的光动力活性，理想的作用光谱以及准确的靶向 性，与第一代光敏剂相比，光毒性低，基本不需要避光， 用量小，使用方便，是一种极具潜力的治疗癌症用光敏剂。 2、二氢卟吩 e6 及其衍生物 二氢卟吩 e6 叶绿素稳定降解产物中与生物活性联系 最广的成分 之一，并且已成为光动力治癌新药研究中备受 瞩目的研究对象。动物实验中观察到，它的分布特点是血 药浓度高、半衰期较长和肿瘤组织中潴留 量大且相对时间 较长。其对肿瘤光动力损伤效应与药物剂量及光剂量成正 比，与给药至光照的时间间隔成反比。 NP e6 （55，单-天冬酰胺基二氢卟吩 ）是另一种应 用与临床的第二代光动力肿瘤治疗的光敏剂，在日本已经
用于光动力疗法中的叶绿素
大于50%的条件）大于3mg/kg，这是光疗计量的20-30倍； ⑷老鼠体内的实验表明，使用m-THPC时，如果用药和照 射时间间隔为48-72小时，比通常的24小时效果好，用药 2 2 剂量和光剂量仅为0.1mg/kg，200mW/ cm 的光20J/ cm 。 对皮肤的光敏反应较小，可在14天内清除不向photofrin需 要1-2个月。 美国的Zhang等利用从飞秒到毫秒的时间分辨光谱技术 测定了m-THPC在溶液中的激发动力学性质，时间分解瞬 态吸收和荧光光谱的测量表明它的激发单重态的寿命为 10-14ns，且与氧的浓度无关；在饱和空气和的溶液中它 的三重态寿命是~250ns，且与氧的浓度有关，说明mTHPC的光动力机制主要是通过三线态-三线态能量转化形
用于光动力疗法中的叶绿素
•
目前叶绿素a主要采用降解、氧化还原、加成和取代 等方法对叶绿素a进行化学反应得到。基本过程是：叶绿 素a降解生成脱镁叶绿酸a和焦脱镁叶绿酸a，进一步降解 生成二氢卟吩e6 和紫红素18及二氢卟吩 p6 。 1、脱镁叶绿酸a及其衍生物 脱镁叶绿酸a吸收峰为660nm，肿瘤/正常组织比为 13.5:1。有研究表明，脱镁叶绿酸a对体外培养的人癌细 胞的光动力杀伤作用约较血卟啉（HpD）大10倍。 在光动力肿瘤治疗中最著名的临床的叶绿素类二氢卟 吩光敏剂，当属叶绿酸衍生物HPPH（3-（1-已氧已基）3-去乙烯基焦脱镁叶绿酸a)，该药物在美国已经二期临床， 在中国也处于临床前研究的后期。HPPH结构单一，激发 波长长，暗毒性小，