氟嘧啶是传统的抗代谢物，广泛应用于各种实体瘤的化学治疗。1970年美国FDA批准2’-脱氧-5-氟尿苷(氟尿苷)作为临床药物，用于治疗多种癌症。DNA糖基化酶介导氟尿嘧啶分解代谢形成5-氟尿嘧啶，干扰DNA和RNA的合成。尽管氟尿苷及其衍生物具有抗癌活性，但需要降低其引起的不良反应，包括骨髓抑制，腹泻和胃痛等。为了提高抗癌剂的肿瘤选择性，成功开发了前药策略。前药是药物分子的掩蔽衍生物，它们经酶或化学转化后释放出活性母体药物从而发挥治疗活性。缺氧是实体瘤的显著特征，这种肿瘤特有的微环境可以选择性引起前药激活的触发。因此，低氧介导的抗癌前药激活将有助于肿瘤的选择性治疗和不良反应的最小化。

方案2. 氟尿苷前药的合成。(a) 1,2,4-三氮唑，POCl₃，Et₃N，0°C至室温，16 h。(b) 4-硝基苄醇(四种相应苄醇)，DBU，MeCN，室温。(c) TBAF，THF，室温。

图1. 低氧诱导的氟尿苷前药单体的活化。(A) 1小时内，在有无氩气培养基环境中通过大鼠微粒体/ NADPH还原氟尿苷前药单体。结果表明，在模拟缺氧的条件下，FdU^Azo和FdU^NA的量减少，而常氧条件下未观察到消耗。FdU^NO2在常氧或低氧模拟条件下均未减少，表明FdU^NO2对生物还原的耐受性高于FdU^Azo和FdU^NA。(B) 氟尿苷前药单体(1μM)在常氧条件 (O₂= 20％)和低氧条件(O₂=1％)下对A549细胞活力的影响。氟尿苷在低氧条件下的细胞毒性小于常氧条件，而所有前药单体在低氧条件下的细胞毒性高于常氧条件。FdU^St在常氧或低氧条件下均未显示细胞毒性，因为FdU^St中的C═C键不可生物降解。

方案3. 笼型氟尿苷低聚物F6^NO2和F6^NA的化学结构和低氧介导的活化。F6^NO2和F6^NA具有核酸酶抗性，因为其中存在非天然核碱基阻碍核酸酶接近磷酸二酯主链。这些化合物在常氧条件下没有细胞毒性，但在缺氧条件下还原为F6后，通过核酸酶降解释放出具有高度细胞毒性的氟尿苷单磷酸酯，从而诱导抗癌活性。

图2. 氟尿苷低聚物前药的性质。(A) F6，F6^NO2和F6^NA加入10％胎牛血清中，于37°C孵育48小时，并通过HPLC进行成分分析。未修饰的F6在1小时内大量降解， F6 ^NO2和F6^NA仍然保留。计算出F6，F6^NO2和F6^NA在10％ FBS中的半衰期分别为0.6、3.4和15.3 h，48小时都能检测到完整的F6^NA，可能是因为较大的笼基基团更有效地阻止了核酸酶进入磷酸二酯主链。这表明笼型氟尿苷低聚物能在血液中保留。(B) 氟尿苷低聚物前药(0.1μM)在常氧(O₂ = 20％)和低氧条件(O₂ = 1％)下对A549细胞活力的影响。F6^NO2和F6^NA在0.1μM浓度下显示出比F6低得多的细胞毒性，而笼型氟尿苷低聚物F6^NO2和F6^NA具有高的核酸酶抗性，并且在发生缺氧介导的生物还原之前不会发挥细胞毒性。

图3. F6^NA作为抗癌剂的体内评估。(A) 肿瘤体积随时间变化的曲线。(B) 第21天的小鼠图像。(C) 第21天，裸鼠解剖的肿瘤照片。在荷瘤裸鼠中施用了氟尿苷低聚物前药，期间记录肿瘤生长和体重的变化。F6^NA与F6均能有效地抑制肿瘤生长，表明F6^NA在低氧肿瘤微环境区域内被激活。同时注射F6^NA组的体重变化与PBS组相似，表明F6^NA对小鼠的毒性较小。