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pH调控的近红外比率型荧光探针用于溶酶体中ONOO

花匠小妙招
2025-05-23 04:08

pH调控的近红外比率型荧光探针用于溶酶体中ONOO-检测及类风湿关节炎氧化应激的精确成像

2023-01-11

类风湿关节炎 (Rheumatoid Arthritis, RA) 是一种以侵蚀性关节炎为特征的自身免疫性疾病，其病理基础为滑膜炎。RA的全球患病率约为0.5%至1%，其中80%的患者为女性。风湿性关节炎的早期表现为关节僵硬、肿胀和疼痛，严重者可导致死亡。到目前为止，RA很难完全治愈，但早期诊断和规范治疗可以有效的缓解症状。与其他类型的炎症不同，RA关节的pH值低于关节周围的正常组织，即发病环境是酸性的，pH值为4.7-6.8。另外，研究表明氧化应激是RA的一个显著特征。在RA早期主要表现为活性氧 (ROS) 水平升高，是临床诊断RA的潜在生物标志物。过氧亚硝酸盐 (ONOO-) 是ROSs的重要成员，广泛存在于生物体内，参与多种生理过程。ONOO-直接参与了RA患者的组织损伤，因此在酸性条件下准确追踪ONOO-的表达对RA的诊断具有重要意义。

基于上述考虑，青岛科技大学张鹏、丁彩凤课题组在前期有关荧光传感的研究基础上 (Anal. Chem., 2021, 93, 11337; Anal. Chem., 2021, 93, 16581; ACS Sen., 2021, 6, 1138; ACS Sen., 2021, 6, 4225; Chem. Commun., 2020, 56, 6380)，通过缩合反应将部花菁基团共轭修饰于罗丹明结构上，制备了一种溶酶体靶向性近红外 (NIR) 荧光受体Lyso-Cy。探针结构中的螺内酰胺键具有独特的pH敏感性，在pH较低的酸性条件下螺环可被打开，并于745 nm处产生显著的近红外荧光发射，而在碱性和中性介质中螺环结构保持闭合，具有相对较低的荧光背景。研究发现，该探针的pH响应范围 (pH约为3.5-5.5) 与溶酶体酸度 (pH 4.0-5.5) 高度吻合，可以更精准的定位溶酶体。在溶酶体酸性环境中，部花菁盐的二烯键可被ONOO-氧化断裂，致使745 nm处的近红外荧光降低，并在505 nm处出现新的绿色发射。该探针实现了溶酶体中特定酸度范围内ONOO-的比率检测与定位，或可用于区分正常溶酶体和ROS (ONOO-) 高表达的病变溶酶体。

图1. Lyso-Cy对H+和ONOO-的传感机制以及在活细胞和RA小鼠模型中的荧光成像示意图。

此外，由于探针Lyso-Cy工作的酸度范围与关节炎关节部位的pH值相匹配，作者还在小鼠关节炎模型上进行了成像研究。结果显示这种pH-ROSs双重控制的荧光探针也适用于关节炎的比率型荧光成像，表现出在早期RA诊断和临床治疗监测中的潜在应用价值。

相关结果近期发表在ACS旗下的Analytical Chemistry，研究工作由青岛科技大学研究生陈文娟、刘海红等完成。

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pH-Switched Near-Infrared Fluorescent Strategy for Ratiometric Detection of ONOO– in Lysosomes and Precise Imaging of Oxidative Stress in Rheumatoid Arthritis

Wenjuan Chen, Haihong Liu, Fuxiang Song, Liantao Xin, Qian Zhang, Peng Zhang and Caifeng Ding

Anal. Chem., 2022, DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04175

导师介绍

丁彩凤

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