NanoLuc荧光素酶底物CFz9的优化配方：提升活体生物发光成像性能与安全性的突破

为克服海洋腔肠动物型荧光素（如coelenterazine）溶解性差和毒性问题，斯坦福大学与Promega团队开发了新型NanoLuc底物cephalofurimazine-9（CFz9），通过pH 8.0 Tris缓冲液与Poloxamer-407（P-407）优化配方，实现高剂量安全递送。该配方使CFz9在脑内外达到与furimazine类似物相当的峰值亮度，同时降低毒性，为NanoLuc报告系统的长期活体成像提供更优解决方案。

　　

生物发光成像（BLI）技术因其非侵入性、高灵敏度和低成本优势，已成为临床前研究的重要工具。然而，海洋腔肠动物型荧光素（如coelenterazine）的溶解性差和毒性问题限制了其应用，尤其在需要高剂量给药的脑部成像中。NanoLuc荧光素酶虽具有超强亮度（比FLuc高100倍），但其底物furimazine（Fz）衍生物的水溶性和稳定性仍是瓶颈。

为解决这些问题，Promega公司与斯坦福大学的研究团队合作，对先前开发的cephalofurimazine（CFz）进行结构优化，获得氟化衍生物CFz9，并通过系统性配方筛选，开发出更安全高效的注射用制剂。研究发表于《Scientific Reports》，揭示了CFz9在溶解性、稳定性和生物相容性上的显著改进。

研究采用溶解度测试（850 nm吸光度法）、LC-MS稳定性分析、血液生化与组织病理学评估，以及转基因小鼠（Camk2a-cre和Alb-cre驱动Antares表达）活体成像等技术。

CFz9的溶解性优化
通过比较CFz与CFz9在PBS中的溶解度，发现CFz9的溶解性提高3倍以上，使P-407辅料用量从20 mg降至12 mg，降低了毒性风险。

pH缓冲液筛选
测试多种缓冲体系后，100 mM Tris（pH 8.0）表现出最佳稳定性，6小时内CFz9溶解度和纯度分别保持>90%，远超DPBS（2小时内纯度<80%）。

毒性评估
高剂量CFz9（4.2 μmol）连续3天注射未引发显著器官损伤，但P-407仍导致暂时性血脂异常（胆固醇和甘油三酯升高），提示辅料改进是未来方向。

活体成像性能
在肝脏表达Antares的小鼠中，CFz9峰值信号与商业化的FFz相当；在脑部成像中，CFz9的亮度与CFz相似，且6小时内信号稳定性良好，24小时降至25%。

研究结论表明，CFz9的优化配方通过提高溶解性和pH稳定性，实现了NanoLuc报告系统在活体成像中的高性能与低毒性平衡。尽管P-407辅料仍存在血脂代谢影响，但该工作为脑穿透性荧光素开发提供了新范式，并为长期纵向研究奠定基础。讨论部分强调，未来需探索更低毒性的辅料（如替代型表面活性剂），以进一步推动BLI技术在神经科学和肿瘤学等领域的应用。