ACBC-BSH

题目：State-of-the-art boron clusters for boron neutron-capture therapy 作者：Weiyao Wang 1, Enze Zhang 1, Jiaojiao Shan 2, 等 出处：Theranostics. 2026 Jan 1;16(1):417-464. doi: 10.7150/thno.123376.  DOI: 10.7150/thno.123376  摘要 硼中子俘获治疗（BNCT）是一种具备细胞水平精准度的肿瘤放射治疗技术，其利用硼-10原子吸收低能热中子发生的中子俘获反应，触发核裂变并释放高能粒子，从而实现对肿瘤细胞的选择性杀伤，是肿瘤治疗领域的前沿技术。目前，美国食品药品监督管理局仅批准巯基十一氢-闭式-十二硼酸钠和硼苯丙氨酸（BPA）两种硼药开展临床试验，但这类药物仍存在靶向性差、肿瘤细胞内浓度低、滞留时间短及整体适用性不足等缺陷。硼簇化合物是由碳、硼、氢原子构成的三维多面体结构，凭借优异的稳定性和独特的三维空间构型，成为下一代硼药的理想候选物。这些特性也使硼簇化合物成为研究物质宏观性质与微观结构关联的理想模型，为下一代硼药的合理设计提供了重要框架。为此，本综述从交叉学科视角，总结了硼簇化合物的新型构建策略（包括多级结构设计），阐述了其面向临床应用的关键功能化化学策略，揭示了线性功能化衍生物的多场景应用价值，并重点阐明硼簇化合物的构效关系，凸显其在精准合成、生物医药和先进材料领域的跨学科价值。此外，本文还探讨了硼中子俘获治疗可视化评估、抗癌作用机制及专用中子加速器设备的最新研究进展。综上，基于功能化硼簇化合物开发新型硼药，是解决硼中子俘获治疗新药剂研发中关键技术问题的前提。本综述从药物化学和临床应用双视角，为新型硼中子俘获治疗药物、配套设备及治疗方案的设计提供了新思路。 1 引言 硼中子俘获治疗（BNCT）作为一种新兴的肿瘤治疗手段，在精准医学领域展现出诸多独特优势。该技术起源于20世纪30年代：1932年，英国物理学家James Chadwick发现了中子[1]，其通过α粒子轰击铍产生新射线，再将该射线用于轰击氢、氮等元素，观察到氢核与氮核出现反冲现象，进而通过测量核的运动速度推导出这种新粒子的质量，证实其呈电中性且质量与质子接近，并将其命名为“中子”。三年后的1935年，Taylor和Goldhaber发现了硼-10（¹⁰B）核的热中子俘获现象，为硼中子俘获治疗奠定了理论基础。1936年，Lohr提出利用该热中子俘获反应治疗肿瘤，首次将硼中子俘获治疗应用于肿瘤治疗的设想变为现实[2]。 硼中子俘获治疗的早期临床探索始于1951年，麻省理工学院神经外科医生William Herbert Sweet与布鲁克海文国家实验室合作，开展了全球首例针对恶性胶质瘤的人体硼中子俘获治疗研究，开启了该技术临床应用的新阶段[3,4]。实验中，Sweet选用无机硼酸（四硼酸钠）作为含硼药物，随后利用核反应堆产生的中子对肿瘤部位进行照射，但所有参与实验的患者术后生存期均未超过1年，且治疗过程中出现放射性皮炎、脑水肿、难治性休克及脑坏死等严重不良反应。上述副作用的产生主要源于两方面因素：其一，当时的中子源产生的中子能量有限，穿透性较差，难以穿透脑部深部肿瘤组织，治疗效果大打折扣，导致深部组织难以发生有效的中子俘获反应；其二，所选无机硼酸的靶向性极差，无法在肿瘤细胞内选择性聚集，正常脑组织也会非特异性摄取一定量的硼，进而在中子照射时受到不同程度的损伤。受此影响，美国于1961年紧急叫停了硼中子俘获治疗的所有临床试验。在美国对该技术的研究热情消退的同时，国际上的相关研究却日趋活跃。 日本学者Hiroshi Hatanaka是硼中子俘获治疗临床研究的先行者，其团队于1968年开始开展恶性脑肿瘤的硼中子俘获治疗研究，并在1966-1993年间完成了约120例高级别胶质瘤患者的临床研究。该团队采用新型硼化合物巯基十一氢-闭式-十二硼酸钠（BSH），联合手术与硼中子俘获治疗取得了一定成效。数据对比显示，硼中子俘获治疗组患者的5年生存率达19%，显著高于常规治疗组的5%；对于肿瘤位置距头部皮肤表面≤6 cm的患者，硼中子俘获治疗组的5年生存率更是高达58%[5,6]。这些临床试验验证了硼中子俘获治疗的应用潜力，为后续研究与应用提供了宝贵的数据和参考依据，奠定了其作为肿瘤治疗手段的临床基础。 1987年，日本学者Mishima首次报道将硼苯丙氨酸（BPA）作为硼化合物，应用于硼中子俘获治疗恶性黑色素瘤，这也是硼中子俘获治疗技术首次在颅外肿瘤治疗中实现重要应用[7,8]。L型氨基酸转运体1（LAT1）介导的BPA选择性摄取，可促进肿瘤细胞对¹⁰B的摄取、抑制正常组织对¹⁰B的吸收，从而提升治疗的精准度和安全性[9]。自此，硼中子俘获治疗迎来复兴，美国、日本等国相继开展相关临床试验。历经数十年的研究停滞，硼中子俘获治疗的临床试验逐步增多，迎来了新的发展机遇。例如，芬兰开展了一项针对复发性头颈部肿瘤的前瞻性单中心Ⅰ/Ⅱ期临床研究，纳入12例接受过光子放疗、无法手术的局部晚期复发性头颈部肿瘤患者，采用静脉输注含硼药物（400 mg/kg）的治疗方案，患者出现的最常见急性不良反应为黏膜炎、乏力和局部疼痛。2012年，Kankaanranta等进一步分析了该Ⅰ/Ⅱ期临床研究的安全性和有效性，证实硼中子俘获治疗对既往接受过治疗、无法手术的局部复发性头颈部肿瘤具有确切疗效，且患者耐受性良好[10]。 BPA和BSH的广泛应用标志着硼中子俘获治疗进入第二阶段，其在复发性头颈部肿瘤、胶质瘤及恶性黑色素瘤治疗中的疗效得到提升。20世纪90年代，左旋硼酸-BPA（L-BPA）和BSH等第二代硼化合物的问世，开启了硼中子俘获治疗的现代化发展阶段，彼时的中子源仍由核反应堆提供。硼中子俘获治疗要实现更广泛、更有效的临床应用，亟需解决多个关键问题，包括提升新型硼药的靶向性和载硼量、实现中子源设备的技术突破、拓展可治疗肿瘤的范围并实现个体化治疗。这些因素共同决定了硼中子俘获治疗能否成为肿瘤治疗的有力手段[11]。 作为一种精准的肿瘤治疗技术，硼中子俘获治疗的临床疗效高度依赖硼药的靶向效率和载硼量。全球范围内的持续深入研究表明，理想的硼药应具备以下特征：a) 肿瘤细胞摄取率高，肿瘤组织中¹⁰B浓度达到20–50 μg/g；b) 肿瘤特异性强，肿瘤/正常组织浓度比（T/N）和肿瘤/血液浓度比（T/B）均大于3；c) 本身毒性低、水溶性好，对正常组织无损伤；d) 药代动力学性质优良，能快速从血液和正常组织中清除，同时在肿瘤组织中长时间滞留[12-16]；此外，还能被乏氧细胞摄取，以覆盖肿瘤内部不同的细胞状态。 目前，硼中子俘获治疗中常用的传统硼药为4-二羟基硼基-L-苯丙氨酸（BPA）和BSH，但这类药物在肿瘤靶向性和载硼量方面存在明显缺陷。其一，BPA存在溶解度限制，且单个分子携带硼原子数量少，需多次注射才能维持治疗所需的硼浓度，这不仅增加了患者的身体负担，还可能导致药物在正常组织中蓄积，提升潜在副作用风险；其二，BPA和BSH的T/N值仅为3–5[17]，远未达到理想水平。 传统硼中子俘获治疗的中子束主要由核反应堆产生，而核反应堆中子源的局限性严重阻碍了硼中子俘获治疗的普及。2014年后，日本三家企业与美国一家中子处理公司合作，研发出基于加速器的硼中子俘获治疗（AB-BNCT）中子源。该中子源可直接安装于医院内，能产生浅成热中子束，与核反应堆中子源相比具有诸多优势：可按需停机、永久性放射性残留极少、许可审批流程更简便、安装和维护更易操作、成本更低，且其设计与医院放疗科现有的加速器使用经验相契合，能提供更高质量的中子源。目前，多项基于加速器的硼中子俘获治疗临床开发项目正在推进，其中日本某龙头企业研发的回旋加速器技术最为先进[18]。尽管加速器中子源技术取得了显著进展，但其全球普及度仍较低，目前仅有少数国家和地区拥有经过相关临床试验验证的先进加速器硼中子俘获治疗设备，日本京都大学和厦门弘爱医院是实现加速器硼中子俘获治疗设备临床应用的典型代表[14]。临床应用表明，加速器中子源在硼中子俘获治疗中具有良好的应用前景，但仍需进一步实现技术突破和设备优化，以提升其性能和可靠性。 最重要的是，硼中子俘获治疗在肿瘤治疗中的应用范围仍较狭窄，这极大限制了其临床应用价值[19]。现有临床试验和研究显示，硼中子俘获治疗仅对少数特定肿瘤类型具有确切疗效，如恶性胶质瘤[19-22]、皮肤黑色素瘤[23,24]和复发性头颈部肿瘤[25]。尽管该技术已应用于恶性胶质瘤、黑色素瘤和复发性头颈部肿瘤的治疗，但其整体临床应用范围仍有限。不过，随着新型载硼药物的研发、加速器中子源的技术革新，以及个体化治疗方案设计等关键技术的突破，其临床研究范围已逐步拓展至多种实体肿瘤。初步临床数据证实，硼中子俘获治疗在肝细胞癌（HCC）[26]、乳腺癌（BC）[27]等恶性肿瘤治疗中展现出显著的双靶向放射生物学效应和临床应用潜力。随着关键技术的不断突破和循证医学证据的积累，硼中子俘获治疗有望突破现有局限，逐步实现泛肿瘤精准治疗，为恶性肿瘤的综合管理提供创新解决方案。 自20世纪中期问世以来，载硼剂的研发一直被视为硼中子俘获治疗临床转化的核心驱动力。迄今为止，第一代硼中子俘获治疗药物为硼酸及其衍生物；以有机硼化合物BPA和BSH为代表的第二代传统硼药，构建了临床应用的基本框架。BPA是L-苯丙氨酸衍生的硼酸类化合物，可通过肿瘤细胞高表达的LAT1被识别并摄取，在胶质瘤、头颈部肿瘤等肿瘤中，其T/N值可达到3:1以上，但实际应用中存在溶解度低、代谢快等局限性，因此亟需开发改良剂型。研究表明，将BPA与果糖、山梨醇络合可显著改善上述缺陷。 与BPA不同，BSH因具有良好的病理通透性血脑屏障（BBB）穿越能力、高硼浓度和优异的水溶性，在研究早期主要应用于脑肿瘤治疗[28,29]。尽管BSH的笼状分子结构使其具有较高的载硼能力，但其递送机制仅依赖被动扩散，导致肿瘤靶向性不足，无法在细胞内有效定位；此外，BSH易在肾脏蓄积，从而引发肾毒性。碳硼烷是无机硼的典型代表，随着研究的不断深入，硼药相关研究也取得了长足进展。目前，针对具有应用前景的硼药的细胞和亚细胞定位研究，正推动现代细胞生物学在硼药及其递送载体设计中发挥更大作用。第三代硼化合物通过分子靶向、纳米技术和多功能设计，显著提升了硼中子俘获治疗的精准度和疗效，有望推动该技术成为实体肿瘤治疗的主流选择[30-35]。 硼簇化合物（如十二硼烷）凭借独特的化学结构，成为理想的硼中子俘获治疗载体，原因如下：其一，硼密度高，显著优于BPA等传统载硼剂，单个硼簇化合物分子可包含9–12个硼原子，能在低给药剂量下实现肿瘤组织内的高硼浓度，降低全身毒性[36]；其二，闭式笼状结构使其具有优异的化学稳定性，能在体内复杂环境（如pH波动、酶促反应）中保持结构完整，确保有效递送至靶部位；此外，通过富集¹⁰B同位素，硼簇化合物可优化中子俘获反应，该反应释放的高能α粒子（⁴He²⁺）和锂核（⁷Li³⁺）能精准靶向并杀伤肿瘤细胞，同时最大限度减少对周围正常组织的附带损伤[37,38]。上述特性奠定了硼簇化合物在硼中子俘获治疗中的核心地位，使其成为功能化修饰的理想平台。 第三代硼化合物的创新研发主要围绕硼簇化合物展开，通过功能化纳米载体、多肽偶联等靶向递送系统，显著提升硼化合物在肿瘤组织中的选择性聚集，解决了BPA、BSH等传统小分子载硼剂靶向性低、通透性差、代谢不稳定等核心缺陷[31,39,40]。 本综述从硼簇药物、抗癌机制、可视化评估和加速器四大核心视角，探讨硼中子俘获治疗的发展趋势（见图1），系统阐述其发展历程、核心技术和未来方向，并展望其在泛肿瘤治疗、联合治疗和精准临床应用中的拓展潜力。 图1 硼中子俘获治疗的核心要素体系，包括硼药的典型硼簇结构、中子俘获触发的抗癌机制、基于加速器的设备系统，以及硼检测和成像分析技术。 2 硼簇化合物：硼中子俘获治疗的潜在候选药物 硼簇化合物是由硼、碳、氢原子构成的多面体结构，其富硼特性、独特的三维空间构型、良好的分解稳定性和低毒性，使其成为推动硼中子俘获治疗发展的极具潜力的候选物[41]。硼烷、碳硼烷及其他相关杂硼烷等多面体硼簇化合物主要分为四种结构类型：闭式（closo）、巢式（nido）、蛛网式（arachno）和敞网式（hypho）。闭式结构为完整的多面体，通常以closo-为前缀；巢式、蛛网式和敞网式结构则分别指多面体缺失1个、2个和3个顶点的结构[41]。碳硼烷的物理化学性质随其尺寸和构型的不同存在显著差异，二碳-闭式-十二硼烷（C₂B₁₀H₁₂，简称闭式碳硼烷）是硼簇化合物中最稳定、应用最广泛的一类，其由2个碳原子和10个硼原子构成，所有原子均位于正二十面体的顶点。根据碳原子的位置不同，闭式碳硼烷主要存在邻位-1,2-C₂B₁₀H₁₂、间位-1,7-C₂B₁₀H₁₂和对位-1,12-C₂B₁₀H₁₂三种构型（图2A-C）[39,42-47]。其他含硼同分异构碳硼烷也展现出作为肿瘤靶向载硼剂的潜力，成为该领域的重要研究进展[48-50]（图2D-E）。 多面体硼烷之所以在医学和药学领域具有应用吸引力，主要源于两大核心特性：其一，在生物体系中化学活性低、抗分解能力强，因此毒性相对较低；其二，易于进行定向修饰以实现特定功能。目前，硼簇化合物的设计策略主要围绕实现其在肿瘤部位的靶向聚集展开。 图2 （A）邻位-1,2-C₂B₁₀H₁₂碳硼烷；（B）间位-1,7-C₂B₁₀H₁₂碳硼烷；（C）对位-1,12-C₂B₁₀H₁₂碳硼烷；（D）闭式-B₁₂H₁₂²⁻；（E）巢式-C₂B₉H₁₂⁻ 2.1 基于硼簇化合物的小分子药物 本部分将详细阐述经典小分子载体及多肽-硼簇共轭物的递送策略，重点关注氨基酸、卟啉和多肽三类载体[40,51]。 2.1.1 基于硼簇化合物的氨基酸载体 氨基酸是人体的基础物质，参与机体代谢，同时也是肿瘤细胞增殖所需的重要营养物质，肿瘤细胞的氨基酸需求量远高于正常细胞。此外，胶质母细胞瘤、黑色素瘤、胶质瘤等多种实体肿瘤均高表达LAT1，该转运体在血脑屏障中高度存在，分布于脑毛细血管内皮细胞和脑实质细胞的管腔侧与管腔外侧[52]，可转运天然底物及相关衍生物。上述特性为氨基酸衍生载硼剂的靶向递送提供了基础，使其成为脑肿瘤治疗的重要靶点。 氨基酸载体的研究始于BPA，该化合物可通过肿瘤细胞高表达的LAT1被识别并摄取，这一特性为硼药设计提供了思路，也推动了大量BPA衍生物的合成。 BSH作为一种小分子硼簇化合物，尽管存在细胞组织吸收性差的问题，但其较高的¹⁰B含量和优异的水溶性仍受到研究者的关注[19,53]。Iguchi团队[54]利用聚精氨酸将BSH转导进入细胞内，结合⁶⁴Cu标记成像技术，将BSH与短链精氨酸偶联，设计出BSH多肽-硼制剂（BSH-3R）。该化合物具有良好的肿瘤细胞膜穿透性，体外和体内实验中均表现出比传统BSH更高的硼浓度。免疫组化（IHC）实验证实，BSH-3R可在细胞质和细胞核中稳定存在并实现精准定位；此外，硼药注射24 h后的电感耦合等离子体（ICP）检测数据显示，¹⁰B的T/N值达8.2、T/B值达1.9，实验结果证实BSH-3R可作为一种有效的硼中子俘获治疗药物（图3）。 Li等[12]开发了一种硝基咪唑-碳硼烷修饰的苯丙氨酸衍生物，该化合物具有双靶向机制，可同时靶向肿瘤细胞高表达的LAT1和乏氧微环境响应机制，体外实验中其在黑色素瘤细胞中的硼摄取量较BPA提升高达70倍；体内实验中，该化合物的T/B值达5.88，半数致死剂量显著高于BSH。总体而言，该设计巧妙规避了传统载硼剂的缺陷（如BPA载硼量低、BSH无靶向性）（图4A-B）。 图3 （A）巯基十一氢-闭式-十二硼酸钠（BSH）与四甲基罗丹明（Tmr）或1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA）融合后的多肽化学结构；（B）U87ΔEGFR细胞的共聚焦成像图；（C）荷U87ΔEGFR肿瘤小鼠注射⁶⁴Cu标记的BSH-3R-DOTA和⁶⁴Cu标记的BSH-DOTA后6 h、12 h、24 h的脑部正电子发射断层扫描（PET）图像；（D）通过伽马计数器检测，⁶⁴Cu标记的BSH-DOTA和⁶⁴Cu标记的BSH-3R-DOTA在6 h、24 h时的肿瘤/正常脑组织（T/N）和肿瘤/血液（T/B）放射性核素比值。（图片经Elsevier授权转载，参考文献[54]，2015年） 除天然氨基酸外，非天然氨基酸（UNAA）也成为研究热点。1-氨基环烷羧酸等部分非天然氨基酸可通过脑血管上的特殊载体穿越血脑屏障[55]，且代谢稳定，由此合成的含硼非天然环状化合物（UNAA）水溶性优于天然氨基酸衍生物。此外，电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）检测显示，顺式-ABCPC（图4C）等化合物的性能显著优于BPA[56]，在B16小鼠黑色素瘤模型中表现出良好的肿瘤/血浆硼浓度比，在F98大鼠胶质瘤模型中也展现出优异的脑内T/N硼浓度比。 另一种α-氨基酸——1-氨基环丁烷羧酸（ACBC）可通过非天然结合方式与L型转运蛋白结合，实现BSH向肿瘤组织的递送；其氟化标记物¹⁸F-ACBC还可作为有效的肿瘤示踪剂，在验证硼中子俘获治疗的精准度和载硼量过程中，显著提升肿瘤靶区的可视化效果[9]。对BSH进行ACBC功能化修饰后，其作用效果可得到显著增强。研究表明，合成的ACBC-BSH共轭物是一种有效的¹⁰B载体，且其反式异构体对肿瘤细胞的杀伤作用更显著（图4D）[57]。 Futamura团队[58]发现，ACBC-BSH的分子量较大，无法穿越血脑屏障，因此设计并合成了其反式异构体（反式-ACBC-BSH），创新性地利用对流增强递送（CED）技术将药物局部递送至肿瘤部位。研究证实，ACBC的引入显著提升了BSH的肿瘤靶向能力，尤其是ACBC-BSH在胶质瘤细胞中的¹⁰B摄取量较未修饰的BSH提升1倍；采用CED技术给药时，1 h内肿瘤组织的硼浓度即可达到21.1 μg/g，显著高于静脉输注BPA后的19.7 μg/g，表明该方式可实现更有效的局部硼富集。此外，其硼浓度的T/B值提升至14.2，优于BPA的6.7。值得注意的是，ACBC-BSH联合CED技术与BPA联用后，治疗组大鼠的中位生存期延长至44.3天，显著优于单独使用BPA组的37.4天。这一结果归因于ACBC可通过LAT1提升血脑屏障的递送效率，同时CED技术可实现药物向肿瘤浸润区域的精准穿透，为硼中子俘获治疗载体设计提供了新策略，即分子靶向修饰与局部递送系统的协同优化。 Yan团队等其他研究者则致力于探索碳硼烷的光诱导B-H键功能化修饰[48]。近期，该团队提出一种新策略，利用近红外（NIR）光对惰性碳硼烷簇（巢式碳硼烷）的B-H键进行功能化修饰，在温和的反应条件下实现了碳硼烷与氨基酸或寡肽的高效偶联（图5）[59]。传统的巢式碳硼烷B-H键功能化修饰依赖高能紫外（UV）光或可见光，存在效率低、副反应多等问题。 图4 （A）硝基咪唑-碳硼烷修饰的苯丙氨酸衍生物的硼中子俘获治疗原理示意图（图片经美国化学会授权转载，参考文献[12]，2019年）；（B）小鼠主要器官中的硼含量及硼浓度的T/B值（图片经美国化学会授权转载，参考文献[12]，2019年）；（C）顺式-1-氨基-3-硼基环戊烷羧酸（cis-ABCPC）的L型和D型对映体化学结构（图片经PLOS ONE授权转载，参考文献[56]，2013年）；（D）顺式和反式ACBC-BSH的化学结构（图片经施普林格自然授权转载，参考文献[57]，2014年） 为解决上述问题，研究人员利用碳硼烷与光催化剂构建电子给体-受体复合物，通过近红外光激发引发单电子转移，生成碳硼烷笼状自由基，进而与氨基酸/寡肽发生反应。此外，通过引入荧光基团、放射性碘等进一步修饰，可合成兼具靶向和成像功能的载硼剂，其溶解度、稳定性和毒性均显著优于现有硼中子俘获治疗药物，为硼中子俘获治疗提供了更优质的载体选择。 图5 光诱导巢式碳硼烷与寡肽或氨基酸直接偶联的示意图（图片经美国化学会授权转载，参考文献[59]，2025年） 2.1.2 基于硼簇化合物的卟啉载体 在硼中子俘获治疗的各类硼簇药物载体中，卟啉及其衍生物是肿瘤诊断和治疗领域极具价值且高效的载体。其可修饰的四吡咯大环结构、低细胞毒性、荧光特性、脱氧核糖核酸（DNA）结合能力，以及对肿瘤细胞的高选择性和高聚集性，使其相比BPA、BSH等临床获批药物具有多重优势[60-62]，具体如下： a) 超高载硼能力：卟啉母核可引入多个硼簇化合物，能大量选择性渗透并蓄积于肿瘤细胞内，从而显著提升T/N值； b) 诊断协同功能：基于卟啉的光敏特性，可实现肿瘤定位和诊疗一体化，还能与光动力治疗（PDT）联用实现多模式协同治疗，促进其临床转化。 1978年，Haushalter[63]和Rudolph[64]首次合成了中位-四碳硼烷基卟啉（图6A），开创性地将硼簇化合物与卟啉结合，此后，Woodburn团队[65]等多个研究小组相继报道了碳硼烷基卟啉的合成，并探索其在硼中子俘获治疗中的应用潜力。这类兼具肿瘤靶向性和光敏性的含硼卟啉，其硼源主要来自疏水性前碳硼烷、两亲性巢式碳硼烷和二碳硼杂钴酸络合物[66]。与BPA和BSH不同，含硼卟啉在肿瘤细胞内的滞留时间更长。 Hao等设计合成了一系列新型卟啉-钴-碳硼烷共轭物，单个分子的载硼量最高可达36个原子，并通过结构修饰优化了化合物的靶向能力[67]。研究发现，该系列中含邻位钴-碳硼烷烷基的2号和4号化合物，因具有两亲性，在HEp2细胞中的摄取量最高，24 h内可达0.8 nmol/mg蛋白；此外，所有共轭物在50 μM浓度下的暗毒性极低，光毒性作用下细胞存活率仍>75%。该研究通过空间基团取向设计策略，实现了高载硼量与生物相容性的平衡，为硼中子俘获治疗载体设计提供了新范式，但仍需解决聚集介导的递送效率降低问题。 图6 中位-四碳硼烷基卟啉的化学结构（图片经相关期刊授权转载，参考文献[63,64]，1978年） 此外，Vicente团队等其他研究小组也对多种含碳硼烷卟啉衍生物的合成与评价展开了研究。硼中子俘获治疗（BNCT）中，核心难题仍是实现这类硼药在肿瘤组织中的高效富集。为解决该问题，研究人员针对阴离子碳硼烷卟啉（图5A）[68]、钴-碳硼烷-卟啉-HIV-1 Tat 48-60偶联物（图5C）[69]等化合物开展了相关实验。阴离子碳硼烷卟啉可通过质子化作用或非共价相互作用与DNA结合，为其靶向细胞核奠定了基础。同时，HIV-1 Tat细胞穿膜肽的引入，显著提高了卟啉的细胞摄取效率。该研究进一步证实，结合化学修饰与功能化递送策略，能有效优化硼基卟啉的靶向性和递送效率，为研发适用于BNCT的高效硼药提供了理论支撑。 综合各类实验结果后，为改善碳硼烷衍生物通透性低的问题，研究人员系统探究了取代基位置、碳硼烷类型及连接方式对含碳硼烷硼二吡咯亚甲基（BODIPY）化合物荧光性质和细胞摄取效率的影响（图5D）[70-73]。研究中，通过铃木偶联、亲核取代等多种合成策略，将邻碳硼烷和对碳硼烷引入BODIPY分子骨架。值得注意的是，8-取代硫代邻碳硼烷修饰的BODIPY（如BODIPY 6）因分子量低、疏水性强，展现出优于其他类似物的血脑屏障（BBB）通透性。 卟啉可与铜、锌、锰等部分金属形成络合物，基于此，研究人员开发出两种含碳硼烷基的脂溶性金属卟啉，即CuTCPH和ZnTCPH（图5E）[53,74]。Smilowitz等人采用荧光标记策略，探究了这类金属卟啉作为BNCT增敏剂的分布特性和安全性[75]。研究发现，利用锌离子的荧光特性，可追踪到ZnTCPH在纯合子小鼠肝枯否细胞的细胞质中均匀分布；而铜离子的d电子猝灭效应使CuTCPH无任何荧光干扰，但其硼元素的宏观分布与ZnTCPH高度一致。尤为重要的是，当给药剂量高达400 mg/kg时，CuTCPH仍未表现出明显的肝毒性，与硼苯丙氨酸（BPA）联用时，还能弥补BPA分布不均的缺陷。该研究为研发低毒性、高载硼量的BNCT药物提供了新策略，也为后续临床研究铺平了道路。 此外，酞菁等卟啉衍生物的研究也得到进一步推进。酞菁在结构上与卟啉相似，由四个异吲哚单元构成，且通常具有更大的共轭体系和更长的吸收波长，更适用于深部组织的治疗。Friso团队合成了四碳硼烷修饰的锌酞菁（ZnB₄Pc，图5F），并基于此提出了一种创新性的双模态抗肿瘤策略，该化合物首次将光动力治疗（PDT）与BNCT整合于单一药剂中[76]。研究以黑色素瘤为模型验证了这一突破性成果，结果表明，在ZnB₄Pc大环骨架外围引入碳硼烷基，使其具备超高的载硼能力（每个分子含40个硼原子），同时还保留了酞菁类化合物优异的光敏性能。体外实验也表明，ZnB₄Pc可通过脂质体递送高效靶向肿瘤细胞，在红光激活下引发显著的氧化损伤，而中子辐照则会通过硼核反应进一步增强其细胞毒性。后续动物实验进一步证实，该化合物能在体内实现肿瘤选择性富集，并通过时间调控的PDT（早期血管靶向）和BNCT（晚期直接细胞毒性）发挥协同治疗效果。 由于卟啉具有体内滞留时间长和潜在的成像特性，含硼卟啉在推动BNCT发展方面具有巨大潜力，尤其是在该领域迈入精准化时代的背景下。在追求更高精度靶向性的同时，也需解决现有靶向策略存在的问题，此外，还需进一步推动其临床转化，并拓展至更多癌症类型的治疗中。 2.1.3 基于硼簇的肽类载体 肽分子能与肿瘤细胞表面特异性高表达的受体和转运蛋白产生高亲和力、高选择性结合，因此成为硼靶向递送系统的理想候选者，也是当前的研究热点。表皮生长因子受体（EGFR）是细胞外蛋白配体表皮生长因子（EGF）的受体，作为细胞调控功能的一部分，EGFR与EGF结合后会激活下游信号通路，进而调控细胞增殖、分化、生长等生理过程。关键的是，胶质母细胞瘤等原发性脑肿瘤中存在EGFR基因的特异性扩增，而正常脑组织中该基因的表达量极低甚至不表达。研究证实，这种高频的基因扩增与肿瘤细胞表面受体的高表达相关[77]，肿瘤细胞表面的受体数量可比正常神经胶质细胞高100倍以上。这一特性使其成为脑肿瘤精准治疗研发的重要靶点[78]。 由此，临床药物研发中形成了两种主流的EGFR靶向治疗策略范式，分别为抑制酪氨酸激酶活性，以及通过阻断结合位点干扰EGFR信号传导[79]。目前应用最广泛的是西妥昔单抗等靶向细胞外受体结构域的单克隆抗体；此外，吉非替尼、厄洛替尼等以4-苯胺喹唑啉为核心骨架的分子，是高选择性的EGFR抑制剂，同时也是高效的抗肿瘤药物。Couto等人[80]将1,7-闭式-C₂B₁₀H₁₁作为4-苯胺喹唑啉骨架的三维芳香生物等排体引入分子结构，构建出一种新型EGFR双功能抑制剂（图6）。碳硼烷具有刚性笼状结构和σ离域电子体系，这使其具备独特的分子识别特性，能通过疏水相互作用与EGFR激酶结构域的Glu762和Asp855残基形成多重结合模式。因此，该异二聚体对野生型EGFR的抑制活性（半数抑制浓度IC₅₀=2.3 nM）约为厄洛替尼（IC₅₀=22.9 nM）的10倍。同时，碳硼烷富含¹⁰B的特性，能实现硼在胶质瘤细胞中的靶向富集，加之其优异的血脑屏障穿透能力，使该分子能同时发挥EGFR信号通路抑制和BNCT的协同作用。该研究再次印证了硼簇在激酶抑制剂设计中的创新潜力，为研发结合脑靶向递送与放射增敏的胶质瘤精准治疗方案提供了新模板。 此外，Yan团队[81]提出了“三位一体”的分子工程策略，用于设计和合成集靶向、成像、治疗功能于一体的新型硼递送系统。该系统以厄洛替尼为靶向单元，通过酰胺键或点击化学将其与硼簇（C₂B₁₀H₁₂）、萘酰亚胺聚集诱导发光（AIE）单元偶联，得到NapE系列化合物。在该系列化合物中，厄洛替尼靶向高表达EGFR的肺癌细胞，实现硼递送剂的选择性富集；碳硼烷簇提供高达10个¹⁰B原子的载硼量，保障了较高的肿瘤/正常组织（T/N）比值；而AIE单元则凭借其聚集诱导发光特性，实现体内外的实时追踪。该系统为深部肿瘤的BNCT治疗提供了多功能递送平台（图7）。 2.2 硼簇纳米药物 理想的硼药需满足多个条件：能靶向肿瘤并递送大量硼原子，使肿瘤/正常组织（T/N）比值达到3:1以上；具有低全身毒性；中子辐照治疗期间能在肿瘤组织中长时间滞留；治疗后能快速从正常组织中清除。因此，硼簇纳米药物的研发至关重要，部分纳米材料的辅助作用能有效助力硼药满足上述要求[82-84]。 2.2.1 脂质体 脂质体是首个进入美国食品药品监督管理局（FDA）临床试验的纳米药物，是由脂质双分子层包裹水相内核形成的囊泡。因其具有优异的生物相容性、生物可降解性、无毒性和控释性，被广泛应用于治疗和诊断领域。部分肿瘤细胞的胞吞活性较高，且肿瘤部位毛细血管的通透性有所增加，这使得小粒径脂质体在肿瘤组织中的富集量远高于正常组织，该现象被称为“高通透性和滞留效应（EPR）”。此外，与其他药物载体相比，脂质体的表面易于修饰，其靶向性可通过多种方式得到提升。研究人员已开发出多种方法，通过将脂质体与各类肿瘤靶向载体结合来增强其靶向性，因此脂质体硼递送系统也被认为是适用于BNCT的有效载体，能负载大量硼化合物。 自1990年起，已有多项研究尝试将含硼化合物包封于脂质体中用于BNCT[85-87]，并探索出两种利用脂质体作为硼载体的方式：一是将硼化合物包封于脂质体内部，二是将硼偶联脂质掺杂于脂质体双分子层中。早期实验研究多采用第一种方式来提升硼簇的靶向效果，例如Shelly等人[88]将B₁₀H₁₀²⁻、B₂₀H₁₈²⁻等多种高水溶性硼簇化合物包封于脂质体中，显著提高了其在BNCT中的肿瘤靶向效率。实验证实，脂质体可通过肿瘤血管的高通透性（EPR效应）在肿瘤组织中选择性富集，单次静脉注射48小时后，肿瘤组织中的硼浓度达到治疗阈值（>15 μg/g），且肿瘤/血液（T/B）比值超过3:1[88]。 如图8所示，Lee等人[89]创新性地利用冻融循环法，将水溶性巢状花菁素高效包封于聚乙二醇（PEG）修饰脂质体的亲水内核中。这类修饰脂质体借助EPR效应实现了肿瘤深部穿透和细胞内分布，单次注射21 mg ¹⁰B/kg并结合20分钟中子辐照后，肿瘤抑制率达88.2%，且无全身毒性。该方法的重要意义在于，规避了传统花菁素因修饰需求而涉及的复杂合成过程，通过“无需修饰直接包封”简化了实验步骤。但该方法存在一定缺陷，脂质体在体内滞留时间过长易引发肝脏代谢相关风险，尽管相关论文中未提及这一问题，但其仍是亟待解决的难题。 Hawthorne团队设计了一种基于脂质体的硼递送系统，解决了BNCT肿瘤治疗中的关键局限性[90]。该研究构建了包含两种不同化合物的脂质体单层结构，将亲水性多面体硼烷（TAC）包封于脂质体亲水内核，同时将疏水性巢状碳硼烷（MAC）嵌入脂质体膜层，借助肿瘤EPR效应实现硼的选择性递送（图9）。实验结果显示，54小时时肿瘤组织中的硼浓度达到67 μg/g（显著超过20 μg/g的治疗阈值），96小时时T/B比值升至5.68:1，递送效率得到大幅优化。热中子辐照实验表明，BNCT治疗组小鼠14天的肿瘤体积远小于对照组，且二次治疗或延长辐照时间能进一步抑制肿瘤生长，同时未出现毒性反应和放射副作用。该研究验证了脂质体递送系统在BNCT中应用的有效性和安全性，为其临床转化提供了实验依据。在此基础上，Hawthorne团队还探究了该脂质体递送系统在口腔癌、结直肠癌等其他癌症类型中的疗效，进一步将BNCT的应用拓展至更多肿瘤的治疗中。 另一方面，第一种脂质体载硼方式受渗透因素影响，硼的包封效率较低，因此需大剂量脂质体才能向肿瘤组织递送足量硼原子。值得注意的是，传统研究中通常通过预注射高剂量脂质体，使肝脏的清除能力达到饱和来实现靶向效果，但肝脏的清除功能有限，高剂量脂质体可能引发肝毒性。因此，采用低脂质剂量可避免因脂质摄取饱和导致的肝毒性，且重复注射时能获得稳定的药代动力学特征，毕竟肝脏脂质摄取饱和是高脂质剂量应用中普遍存在的问题。 为降低脂质体的总给药剂量，需通过将硼偶联脂质掺杂于脂质体双分子层的方式，研发高载硼量的脂质体，这也是实现脂质体作为硼递送系统实际应用的关键。Bregadze团队将多面体硼烷与胆固醇共价偶联，构建出新型硼脂质体（图10）[91]。该研究采用化学修饰策略，将硼簇直接整合于脂质双分子层中，规避了传统物理包封效率低的问题，显著提高了载硼量。此外，羰基钴硼烷基脂质体在人正常乳腺上皮细胞（MCF-10A）和乳腺癌细胞（MCF-7）中的细胞存活率均达95%以上，证实了其低毒性。同时，硼簇与脂质的化学结合减少了游离硼在肝脏中的蓄积，与传统包封方式相比，肝脏对硼的摄取量降低60%，为解决传统递送系统高剂量可能引发的肝毒性问题提供了新策略。该策略通过“硼簇-脂质杂化”实现了高效硼递送与生物安全性的平衡。 作为硼载体，BNCT脂质体的研发和工程化取得了重大突破，其核心优势在于可通过EPR效应实现肿瘤被动靶向，同时能实现高载硼量。但目前缺乏对其长期毒性的评估，这为其临床转化增加了难度，此外，成本与安全性的平衡，是实现临床“最后一公里”突破的关键。 因此，研究人员正探索以脂质体为载体，将BNCT与化疗、免疫治疗等其他疗法联合应用的可能性，通过多疗法协同克服BNCT的不足，为患者提供更全面的治疗方案。例如，Liu团队研发出一种新型载硼脂质体“硼质体（boronsome）”，可同时递送硼药和阿霉素、PARP1抑制剂等化疗药物，发挥协同抗肿瘤作用（图11）[92]。该研究将碳硼烷基通过共价键连接于磷脂的疏水尾部，形成稳定的膜结构，这一设计不仅提高了载硼量和肿瘤靶向性，还能在其内部空腔包封化疗药物。中子辐照下，¹⁰B发生（n,α）⁷Li核反应，产生高传能线密度（LET）粒子，造成肿瘤DNA损伤；而包封的PARP1抑制剂会同时抑制DNA修复，二者的协同作用显著增强了抗肿瘤效果。 Han和Wei团队[93]设计了一种核靶向硼递送剂——碳硼烷偶联阿霉素（DOX-CB），并将其与多功能纳米脂质体系统结合，实现BNCT与化疗/免疫治疗的协同作用（图12）。借助阿霉素的核靶向特性，碳硼烷被递送至肿瘤细胞核内，其中的¹⁰B发生核反应产生的高LET粒子直接损伤DNA；同时，纳米脂质体携带CRISPR-Cas9质粒，敲除肿瘤细胞的CD47基因，阻断“别吃我”信号（CD47-SIRPα通路），从而激活巨噬细胞的吞噬作用，降低肿瘤干细胞特性，抑制肿瘤复发。 2.2.2 其他纳米材料 碳纳米材料、介孔二氧化硅纳米颗粒（NPs）、金纳米颗粒（AuNPs）、聚合物等其他纳米材料的发展，为BNCT靶向硼载体提供了丰富的选择。 例如，单壁碳纳米管（SWCNTs）是一种可用于体内荧光成像的纳米材料，也可作为药物递送载体。Yamagami等人设计了一种基于单壁碳纳米管的多功能纳米杂化体系，使BNCT硼药兼具增强的肿瘤靶向性和体内成像功能（图13A）[94]。该研究首先合成了末端含巯基硼烷（BSH）的聚酰胺-胺树枝状大分子（dendrimer (SB12)₄），并通过非共价修饰方式制备出SWCNT/树枝状大分子（SB12)₄纳米杂化材料。该杂化材料在未破坏单壁碳纳米管结构的前提下，保留了其近红外二区（NIR-II）的荧光特性，使其具备体内成像能力，进一步拓展了其在BNCT实时体内监测和精准治疗中的应用。 如图13B-D所示，Mathilde等人[95]设计并合成了介孔有机硅纳米颗粒骨架，通过共价方式负载BSH得到BSH-BPMO，解决了BSH细胞摄取效率低导致其在BNCT中疗效有限的问题。该研究通过席夫碱缩合反应构建BPMO，再经乙烯基修饰和硫醇-烯点击反应实现BSH的稳定锚定，最终制备出表面带负电、粒径约300 nm的纳米载体。实验评估表明，BSH-BPMO能被卵巢癌细胞（OVCAR8）高效内吞并定位于核周区域，其硼摄取量显著高于游离BSH。该纳米载体不仅提高了BSH的细胞摄取效率，还拓展了BSH在其他癌症治疗中的应用，大幅增强了BNCT的治疗效果。 金纳米颗粒因独特的物理化学性质和可修饰性，在肿瘤治疗中备受关注。可通过调控其粒径，借助EPR效应优化肿瘤被动靶向性；同时，可在其表面修饰靶向配体，实现肿瘤受体的主动识别。此外，金核在中子激活下发生¹⁹⁷Au→¹⁹⁸Au转变，释放β粒子，能与硼中子俘获产生的α粒子协同增强肿瘤细胞杀伤效果，这是BNCT领域的一项突破性进展。Wu等人[96]通过点击化学在20 nm金核表面进行修饰，研发出靶向人表皮生长因子受体2（HER2）的金纳米颗粒-碳硼烷复合物（61-B-AuNPs，图14），随后将其与抗HER2抗体（61 IgG）偶联，并通过放射性核素¹²³I标记，借助单光子发射计算机断层扫描/计算机断层扫描（SPECT/CT）成像实时监测硼的分布。抗体对HER2表位的识别触发受体介导的内吞作用，使细胞内硼浓度提升3倍，与成像技术的结合也推动了诊疗一体化的发展。 Liu团队[97]通过席夫碱缩合反应构建了纳米级共价有机聚合物（COP）载体DSPE-BCOP-5T，该创新性设计将碳硼烷（CB）直接包封于COP骨架中，并利用卟啉结构螯合⁶⁴Cu，实现正电子发射断层扫描（PET）实时成像。在乳腺癌模型中，采用三次给药策略后，肿瘤组织中的硼浓度达到84.93 ppm，为治疗阈值的4倍；结合中子辐照后，该系统实现了显著的肿瘤抑制效果，且无全身毒性。尽管分次注射策略增加了临床应用的负担，但有效优化了EPR效应。总体而言，这类有机载体有望成为兼具监测和治疗功能的下一代硼药（图15）。 Nishikawa等人[98]针对BNCT中靶向性不足、硼药富集量低的问题，设计了一种基于聚甘油功能化纳米金刚石的模块化纳米递送系统（图16）。该研究通过点击化学，将富含¹⁰B的硼簇（¹⁰B₁₂H₁₁²⁻）共价偶联于聚乙二醇（PEG）表面接枝修饰的聚L-赖氨酸树枝状大分子修饰的纳米金刚石（DND）上；并通过在羧基位点修饰苯硼酸或RGD肽作为主动靶向配体，构建出兼具高载硼量和双靶向功能的纳米药物。热中子辐照实验表明，该纳米药物具有显著的细胞毒性。该研究为BNCT硼递送剂的设计提供了全新思路，其模块化功能化理念也进一步推动了多模态肿瘤治疗纳米平台的发展。 综上，硼药的靶向性、肿瘤富集能力和生物安全性是决定其疗效的核心因素，各类硼递送剂均可作为提升BNCT治疗效率的有效工具。本节明确了近期研发的各类硼递送系统的关键性能参数，包括靶向机制、肿瘤组织硼浓度及T/B、T/N比值（表1），直观对比了不同硼药的优势与局限性。总体而言，这些递送系统进一步提高了硼在肿瘤组织中的富集量，助力疾病诊断，也推动了个性化BNCT的发展。 3 硼中子俘获治疗的抗肿瘤机制 硼中子俘获治疗（BNCT）作为一种靶向放射治疗，其抗肿瘤机制是通过核反应释放的高传能线密度（LET）粒子，诱导肿瘤细胞特异性DNA损伤，使细胞DNA修复系统无法应对，从而实现对肿瘤细胞的精准杀伤。传能线密度（LET）和相对生物效应（RBE）是放射生物学的基础概念：LET指单位辐射路径上产生的电离数，通常情况下，⁷Li³⁺产生的LET较高（约100 keV/μm），而γ粒子的LET则低得多（约0.2 keV/μm）；某一辐射的RBE是指产生与该辐射相同生物学效应所需的参考辐射（通常为X射线）剂量，BNCT的RBE与其LET密切相关。 BNCT的物理基础是稳定同位素¹⁰B与热中子发生的核反应，反应式为¹⁰B(n,α)⁷Li。简单来说，¹⁰B俘获中子后发生裂变（¹⁰B(n,α)⁷Li），释放出⁴He²⁺和⁷Li³⁺两种高LET粒子，这两种粒子的射程极短（4-9 μm），仅覆盖单个细胞的直径范围，确保能量仅沉积在含硼的肿瘤细胞内，避免对周围正常组织造成连锁损伤。这一特性使BNCT特别适用于胶质母细胞瘤等浸润性肿瘤的治疗，而传统放疗受物理剂量分布限制，难以实现同等的选择性。目前，BNCT已在多个病灶部位开展临床研究。 电离辐射（IR）主要通过诱导DNA损伤抑制癌细胞增殖，或损伤正常细胞来发挥抗肿瘤作用[99]，BNCT的辐射源包含多种能量的初级和次级粒子。尽管⁴He²⁺和⁷Li³⁺这类高LET粒子的电离密度远高于γ射线等低LET辐射，但低LET辐射通常会造成DNA双链断裂（DSBs）、单链断裂（SSBs）等孤立性损伤；且随着辐射LET的增加，簇状/复杂DNA损伤（CDD）的占比会逐渐升高[100,101]。因此，高LET的⁴He²⁺更易引发CDD，其造成的CDD在发生频率和复杂程度上均高于低LET辐射。CDD指在DNA的1-2个螺旋圈内出现多处损伤，这类损伤的修复难度极大，部分甚至无法修复（图17）[102]。 辐射会对细胞的细胞膜、细胞质、细胞核等多个部位造成损伤，其中DNA损伤是导致细胞有丝分裂死亡的最主要原因：未修复的DNA断裂会引发细胞死亡，而修复不完整的断裂则会增加染色体重排、基因突变及关键遗传信息丢失的概率。正常情况下，若DNA损伤能被完全、正确修复，细胞会继续完成细胞周期；反之，细胞会发生G2/M期细胞周期阻滞，进而通过凋亡、有丝分裂灾变（MC）或衰老等方式死亡。 在高等真核生物中，DNA双链断裂是最具致死性的基因组损伤类型，为应对该损伤，细胞进化出两种主要的修复机制：非同源末端连接（NHEJ）和同源重组修复（HRR），但这两种修复途径的效率与细胞类型和细胞周期阶段密切相关[103]。HRR是一种高保真的修复途径，以姐妹染色单体为模板，主要发生在细胞周期的S期晚期和G2/M期，该过程依赖Rad52上位基因家族，其中Rad51和Rad54是关键蛋白——Rad51与单链DNA（ssDNA）结合，协助寻找同源序列并完成DNA链交换，而Rad54则能激活Rad51的配对功能[104]。 NHEJ可在细胞周期的各个阶段发挥作用，包括G0/G1期，该途径的主要作用因子Ku70/Ku80异二聚体在人体细胞中含量丰富，且对DNA双链断裂具有高亲和力。Ku70/Ku80识别双链断裂后，会结合在断裂末端，并招募DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PKcs）完成修复过程（图18）。 为进一步评估BNCT后的细胞反应，检测其早期和晚期标志物十分必要。聚腺苷二磷酸核糖（PAR）是另一种可指示DNA单链断裂和双链断裂的即时标志物，由细胞核内的聚腺苷二磷酸核糖聚合酶（PARP）合成。PARP-1是受DNA断裂激活的主要分子，而PARP-2和PARP-3则由DNA损伤激活，这些PARP分子通过碱基切除修复参与DNA单链断裂、双链断裂及氧化性损伤的修复过程。DNA损伤后，PARP会调控高迁移率族蛋白B1（HMGB1）的转运[105]；HMGB1作为一种早期标志物，通常能直接结合多种严重的DNA损伤，并参与碱基切除修复、DNA错配修复、非同源末端连接等DNA修复途径，HMGB1缺陷会导致DNA损伤加剧，且修复效率降低。 Imamichi等人通过探究BNCT过程中HMGB1的动态释放，证实了其作为疗效早期评估生物标志物的潜力[106]。该研究以人鳞状细胞癌（SAS）、黑色素瘤（A375）细胞系及SAS异种移植小鼠模型为研究对象，发现BNCT中子束辐照（含硼载体为BPA）24小时后，细胞外HMGB1的释放量显著高于同等剂量γ射线辐照组；体内实验表明，BNCT治疗组小鼠的血浆HMGB1水平在第3天显著升高，且在肿瘤体积缩小后（第8天）仍维持高表达（图19A）。后续免疫组织化学实验发现，BNCT治疗后的肿瘤细胞中，HMGB1从细胞核转位至细胞质（图19B-C），表明其释放与细胞死亡相关。此外，BNCT诱导的DNA损伤标志物53BP1在肿瘤组织中显著富集，进一步证实了高LET粒子（⁴He²⁺和⁷Li³⁺）会造成无法修复的簇状DNA损伤。该研究首次证实，细胞外HMGB1的释放与BNCT早期杀伤肿瘤细胞的效应密切相关。 γ-H2AX是一种重要的晚期标志物，其最早可检测到的变化是组蛋白H2AX的丝氨酸139位点发生磷酸化，产生可通过荧光抗体检测的灶状产物[107]；p53结合蛋白1（53BP1）是另一关键标志物，通常与DNA双链断裂结合，参与调控HRR和NHEJ途径。此外，γ-H2AX灶和53BP1灶是目前定量检测电离辐射诱导DNA损伤的常用标志物[108]。例如，Rodriguez等人通过¹⁰B(n,α)⁷Li核反应产生高LET粒子，发现24小时后，BNCT组形成的γ-H2AX灶体积显著大于单纯中子束辐照组和γ射线辐照组。 Kondo团队[109]对比了γ射线和¹⁰B(n,α)⁷Li核反应产生的γ-H2AX灶在24小时内的滞留时间，发现中子束辐照组的γ-H2AX灶在肿瘤细胞中滞留时间超过24小时，再次证实高LET辐射会造成更复杂、更难修复的DNA双链断裂，不同癌细胞模型的研究也得到了类似结果。Kinashi等人[110]通过对比分次中子束辐照和分次γ射线辐照对中国仓鼠卵巢（CHO）细胞的影响，揭示了BNCT中分次辐照的独特生物学效应：分次中子辐照使53BP1灶的数量减少25%，但灶体积显著增大，表明高LET辐射诱导的簇状DNA双链断裂修复难度大，会造成未修复损伤的蓄积；而分次γ射线辐照使53BP1灶数量减少30%，但灶体积无明显变化，说明低LET辐射造成的亚致死性损伤可被部分修复。 与BNCT不同，低LET辐射诱导的孤立性DNA双链断裂可通过NHEJ或HRR快速修复；而BNCT诱导的复杂DNA双链断裂会阻碍Ku70/80、DNA-PKcs等修复蛋白的结合，且因缺乏完整模板，只能通过低效的NHEJ和复杂的HRR途径修复，最终触发细胞周期阻滞或细胞死亡程序。在Ku80缺陷的CHO细胞中，BNCT会产生强烈的细胞毒性，且受辐照细胞的DNA双链断裂修复效率极低[111]。 BNCT诱导的DNA修复途径具有癌细胞系特异性：甲状腺癌细胞主要激活HRR途径[112]，黑色素瘤细胞则同时激活HRR和NHEJ途径，Chen等人进一步证实，肝癌细胞的DNA修复主要依赖HRR途径[113]。 因此，检测BNCT的早期和晚期生物标志物，有助于对硼递送剂进行生物学评估，也可评估单独BNCT或BNCT与其他治疗策略联合应用的疗效，从而优化BNCT的治疗条件。 细胞受到电离辐射照射后，会根据辐射类型、LET、剂量及细胞类型产生不同的反应。辐射诱导肿瘤细胞死亡的机制已得到广泛研究，电离辐射可通过凋亡、自噬、坏死、有丝分裂灾变、衰老等多种方式诱导细胞死亡，且这些方式可能同时发生。但如果DNA损伤可被修复，细胞仅会出现短暂的生长停滞，最终完成DNA修复并继续细胞周期，恢复生长；而当细胞遭受严重DNA损伤（如复杂DNA损伤）时，会触发持续的DNA损伤反应（DDR）信号，有丝分裂灾变和凋亡是大多数细胞类型最常见的结局。 当辐射诱导细胞死亡时，ATM/ATR激酶的作用靶点之一p53的蓄积发挥着关键作用。p53是突变率最高的肿瘤抑制基因，通过调控细胞周期检查点和程序性细胞死亡（凋亡）相关基因，参与细胞的DNA损伤反应[104]。当DNA损伤无法修复时，p53会过度表达，经ATM/ATR激活的p53会启动凋亡通路，使细胞发生G1期阻滞。越来越多的实验表明，p53的状态与高LET辐射的细胞毒性相关：肿瘤细胞中p53发生突变后，对放疗的敏感性通常会降低[114]。 Yusei Fujita团队[115]通过对比p53野生型（SAS/neo）和突变型（SAS/mp53）人口腔鳞状细胞癌细胞的治疗反应，证实了这一结论，实验数据进一步阐明了p53突变的影响：在相同物理剂量下，p53野生型细胞的存活率显著低于突变型细胞，且增殖抑制效应更明显。 表1 基于硼簇的硼递送剂汇总表 硼递送剂 肿瘤/正常组织比值 肿瘤/血液比值 肿瘤组织硼浓度 （μg/g） 肿瘤或细胞模型 参考文献 BSH-3R-DOTA 15.5±8.2 2.8±1.9 — U87ΔEGFR胶质瘤 [54] B139 — 5.88 50.7 荷SAS肿瘤模型 [12] 顺式-ABCPC 8±5 — 64±11/64±18 F98胶质瘤模型/B16黑色素瘤模型 [56] 反式-ACBC-BSH/顺式-ACBC-BSH — — — U251细胞/A172细胞/U81细胞/C6细胞 [57] ACBC-BSH 14.2±42.4 6.4±13.7 17.8±10.1 F98胶质瘤模型 [58] 硼化血卟啉类似物 — — — V79中国仓鼠肺成纤维细胞系 [65] 卟啉-钴碳硼烷偶联物 — — — 人喉癌细胞系HEp2 [67] 碳硼烷基-BODIPY — — — 人脑微血管内皮细胞hCMEC/D3 [70] ZnTCPH — — 84±21 小鼠腺癌/SCCVII鳞状细胞癌/人恶性胶质瘤U373 — ¹⁰B-ZnB₄Pc 4 — 0.66 C57BL/6小鼠荷B16F1黑色素瘤 [76] 衍生物1 — — — C6胶质瘤细胞系 — 脂质体包封硼烷阴离子钠盐 12±3.3/7.5±2.6 — 13.9±13.6/11.2±8.8 BALB/c小鼠CT26结直肠癌模型 [88] 聚乙二醇修饰脂质体 — — — BALB/c小鼠CT26结直肠癌模型 [89] TAC/MAC — 5.66 43.0 BALB/c小鼠荷EMT6实体瘤 [90] 钴碳硼烷胆固醇衍生物 — — — MCF-7细胞/MCF-10A细胞 [91] 硼质体 37 4 93.3 BALB/c小鼠荷4T1肿瘤 [92] DOX-CB@脂质体-pDNA-iRGD — — — 胶质瘤 [93] BSH-BPMO — — — OVCAR8细胞 [95] B-AuNPs 12.02 — 217.1±47.1 荷N87胃癌异种移植瘤 [96] DSPE-BCOP-5T 6.94/25.20 1.63/7.46 55.24±2.13/84.93±2.68 BALB/c小鼠荷4T1肿瘤 [97] 研究证实，功能性p53蛋白可通过激活G1期阻滞和早期细胞凋亡，提高硼中子俘获治疗（BNCT）的敏感性。脑肿瘤作为BNCT研究的热点方向，受到了众多研究者的关注。Seki等人[104]通过对比野生型p53胶质母细胞瘤细胞（A172）与突变型p53胶质母细胞瘤细胞（T98G）对BNCT的响应，揭示了p53状态调控治疗效果的作用机制。研究发现，在未使用硼载体BPA时，T98G细胞表现出显著的辐射抗性，而加入BPA后，两种细胞的存活曲线趋于一致。这表明BPA可通过增强¹⁰B（n,α）⁷Li反应产生的高传能线密度（LET）粒子杀伤效应，提高细胞对BNCT的响应，克服p53突变导致的辐射抗性（图20A）。尽管两种细胞中DNA损伤标志物53BP1灶点数无显著差异（图20B），但T98G细胞的凋亡率远低于A172细胞，说明p53突变抑制了程序性死亡通路。然而，BNCT联合BPA仍能有效诱导T98G细胞凋亡，提示其可通过有丝分裂灾变或坏死等不依赖p53的机制发挥作用。 图20 （A）经BNCT混合中子束照射后，A172和T98G细胞的存活分数；（B）照射后1小时和3小时的53BP1灶点数，右侧图为照射后1小时的灶点数，左侧图为照射后3小时的灶点数。每个数据点代表50个以上细胞中灶点的平均数量。经《High Wire》2015年第104篇参考文献授权转载。 有丝分裂灾变（MC）又称有丝分裂死亡，其表现形式多样。最初研究认为，有丝分裂灾变与DNA合成不完全和染色体凝集相关，具有与细胞凋亡相同的特征，因此多数研究者认为其代表细胞凋亡或坏死的前期阶段。有丝分裂死亡是对基因毒性损伤具有抗性的p53突变细胞的一种延迟性响应。为在DNA损伤时维持基因组完整性，细胞通常会通过减缓细胞周期进程或清除受损且无法修复的细胞来实现自我调控。一旦DNA损伤检测位点受损，细胞可能在完成DNA修复前进入有丝分裂并启动有丝分裂灾变。也有研究者将有丝分裂灾变定义为一种异常的有丝分裂形式，其发生时通常会出现微核和多核形成等形态学改变。微核主要由染色体未能均匀分配至子核产生，而多核则是细胞质分裂过程中异常分裂形成的两个或多个大小相近或分布不均的细胞核。 Fujita等人[116]揭示了BNCT杀伤肿瘤细胞的独特细胞毒性机制：基于BNCT对p53突变型口腔鳞癌异种移植瘤（SAS/mp53）的作用，通过诱导有丝分裂灾变实现肿瘤细胞杀伤。经BNCT处理后，p53突变型肿瘤在6小时内出现多核巨细胞，并伴随染色体黏连异常、核碎裂和细胞内空泡化；而野生型p53肿瘤（SAS/neo）则主要表现为细胞凋亡和坏死。本研究首次阐明了上述分子机制。此外，研究者观察到，尽管BNCT可在两周内抑制肿瘤生长，但p53突变型肿瘤的复发率显著更高，提示多核细胞可能通过异常增殖逃避细胞死亡。 为提高BNCT的相对生物效应（RBE），可特异性靶向DNA修复通路相关蛋白，抑制肿瘤细胞修复电离辐射（IR）诱导的损伤。但由于不同癌症类型及不同辐射条件下的DNA修复通路存在差异，通过电离辐射模式确定统一的靶向分子存在较大挑战。尽管存在上述不足，大量研究证实，靶向DNA双链断裂（DSB）修复蛋白（如DNA-PKcs和PARP-1）具有显著效果。总体而言，BNCT已成为向癌细胞递送高LET电离辐射的最安全方法之一，可在癌细胞DNA中诱导难以修复的复杂损伤。 （未完待续）                                END                                 译文仅供参考，欢迎批评指正。 声明：① 本公众号旨在促进核药相关人士更全面的了解国内外核素诊疗相关信息，不对任何药品和诊疗项目作推荐，如需了解具体疾病诊疗信息，请咨询当地医生。 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