基于可激活探针WK-catB的无创可视化技术揭示肝脏缺血再灌注损伤中组织蛋白酶B的上调机制

本研究开发了一种靶向组织蛋白酶B（catB）的可激活光学探针WK-catB，该探针基于硫代半菁支架构建，在缺血再灌注（I-R）损伤模型中实现了对肝组织catB酶活性的无创、实时动态监测。通过荧光/光声双模态成像技术，成功可视化（in vivo）肝损伤关键酶活性变化，为临床早期诊断catB相关病理过程提供了新型分子工具。

　　

亮点

肝缺血再灌注（I-R）损伤是肝脏手术和移植后的主要临床并发症，但缺乏实时可视化其关键酶活性的方法。我们开发了WK-catB——一种基于硫代半菁支架的可激活光学探针，靶向组织蛋白酶B（catB）。该探针在原始状态下具有极低的背景荧光和光声信号，而经catB介导的切割后信号显著增强，实现了对酶活性的灵敏选择性检测。

材料

所有化学试剂（包括氨基酸）采购自阿拉丁（上海）和Sigma-Aldrich（美国）。吲哚（货号1018212）由乐研科技（上海）提供。苏木精-伊红（H&E）染色液购自索莱宝（北京）。最小必需培养基（MEM）（abs9467-500mL）采购自爱必信生物科技（上海），胎牛血清（FBS）由NEST生物技术有限公司（中国）提供。¹H NMR谱通过...

WK-catB的设计与体外激活机制

基于半菁分子支架设计合成了一种可激活光学探针（命名为WK-catB），该支架中的氧原子被硫原子取代以优化光物理性质。合成过程通过缩合反应将catB特异性识别肽与修饰后半菁核心的氨基连接（方案S1），最终得到命名为WK-catB的化合物。通过核磁共振氢谱（¹H NMR）、碳谱（¹³C NMR）和高分辨率质谱（HRMS）验证了其结构完整性和纯度（图S1-S3）。

讨论

检测组织蛋白酶B活性的可激活探针研发一直是热点领域，目前已报道多种荧光探针（表S3）。这些探针主要依赖荧光开启机制，为体外（in vitro）和离体（ex vivo）应用提供了高灵敏度。然而，由于光学荧光固有的局限性（如穿透深度浅和组织自发荧光干扰），其在深部组织活体（in vivo）成像中的转化潜力常受限制。相比之下，光声成像结合了光学对比度和超声穿透深的优势，为三维可视化深部生物过程提供了强大平台。

结论

总之，我们设计并验证了WK-catB——一种组织蛋白酶B激活探针，能够在体外和体内实现灵敏特异的酶活性多模态成像。该探针卓越的选择性、低毒性以及检测组织和血清中病理相关catB水平的能力，凸显了其强大的转化潜力。本研究不仅为研究catB在肝I-R损伤中的功能提供了可靠分子工具，还为开发用于诊疗应用（theranostics）的酶响应探针建立了可推广策略。