单旋光子荧光激活探针用于可视化活细胞及秀丽隐杆线虫（C. elegans）中炎症应激引发的溶酶体黏度变化

《Microchemical Journal》：Single–rotor fluorescence turn-on probe for visualization of inflammatory stress induced lysosomal viscosity changes in live cells and C. elegans

炎症诱导溶酶体粘度变化可视化新探针LysoVis的研制及其应用

　　这项研究提出了一种新型的荧光探针，名为LysoVis，专门用于检测炎症条件下溶酶体微环境的变化。溶酶体是细胞内重要的细胞器之一，其功能与细胞的代谢、免疫反应以及应对各种压力的机制密切相关。近年来，越来越多的研究表明，炎症不仅会引发免疫细胞的激活，还会改变溶酶体的物理特性，特别是其粘度。这种粘度的变化被视为病理压力的一个关键指标，因此开发能够准确、实时监测这些变化的分子工具变得尤为重要。

LysoVis是一种基于分子旋转的荧光“开启”探针，能够在活细胞和秀丽隐杆线虫（C. elegans）中实现溶酶体特异性粘度成像。该探针的设计基于一种独特的分子内电荷转移（ICT）机制，使其对微粘度变化表现出高度的敏感性。在非粘性环境中，LysoVis的荧光信号较弱，而随着粘度的增加，其荧光信号显著增强。这种增强不仅体现在荧光强度上，还表现为良好的光稳定性以及对pH值变化的不敏感性，使得LysoVis能够在广泛的pH范围内（pH 2-10）保持稳定的荧光响应。

研究团队通过共定位实验验证了LysoVis的溶酶体靶向能力，结果显示其与Lyso-tracker Red的共定位程度较高（R2 > 0.91），表明LysoVis能够特异性地进入溶酶体。此外，通过使用炎症诱导剂如链球菌素（nystatin）、单恩辛（monensin）和脂多糖（LPS）进行实验，观察到LysoVis在这些条件下表现出明显的荧光增强，进一步支持其在炎症相关粘度变化检测中的应用价值。在秀丽隐杆线虫中，通过使用罗滕酮（rotenone）诱导炎症，LysoVis能够有效显示由活性氧（ROS）引发的溶酶体粘度升高，证明其在活体研究中的适用性。

溶酶体不仅是细胞内分解和回收物质的场所，还在炎症调节中扮演重要角色。炎症会引发氧化应激，导致ROS的积累以及未消化大分子的堆积，这些因素都会显著改变溶酶体的物理特性，包括其粘度。此外，氧化反应会使得溶酶体内蛋白和脂质等成分形成交联的聚合物，从而进一步增加溶酶体的粘度。因此，开发一种能够直接、实时监测这些变化的探针对于理解炎症对溶酶体的影响具有重要意义。

近年来，分子旋转探针因其对局部环境变化的高灵敏度而成为研究细胞内粘度变化的重要工具。这些探针通常具有较长的π共轭体系，并且含有至少一个烯烃键。在非粘性环境中，分子内部的旋转运动较为自由，这会干扰ICT过程，从而导致荧光信号较弱。而在高粘性环境中，分子的旋转受到限制，这有助于ICT过程的进行，使得荧光信号向更长的波长方向移动，并显著增强。这种特性使得分子旋转探针成为研究细胞内粘度变化的有效手段。

然而，目前市面上的许多分子旋转探针在应用过程中仍存在一定的局限性，例如水溶性差、斯托克斯位移小以及荧光增强幅度有限等。这些因素限制了其在复杂生物系统中的应用，特别是在需要高灵敏度和高特异性的场合。因此，开发一种具有优良水溶性、显著斯托克斯位移以及高荧光信号增强的溶酶体特异性分子旋转探针显得尤为必要。

LysoVis的合成和表征过程在研究中得到了详细描述。该探针由2-甲基喹啉（1）和碘乙烷（1.32 mL）在室温下反应生成，反应过程中使用了甲苯作为溶剂，并在氩气保护下回流反应一夜。反应结束后，冷却至室温，并进行后续的纯化和表征。通过这种方法合成的LysoVis不仅具有优良的化学稳定性，还能够在复杂的生物环境中保持良好的功能表现。

LysoVis在活细胞和秀丽隐杆线虫中的应用验证了其作为炎症相关粘度变化检测工具的潜力。在肺癌细胞中，通过使用链球菌素、单恩辛、脂多糖（LPS）和罗滕酮等炎症诱导剂，研究团队成功模拟了炎症条件下溶酶体粘度的变化。实验结果表明，LysoVis能够准确捕捉这些变化，并提供清晰的荧光信号，为研究炎症对溶酶体的影响提供了新的方法。

此外，LysoVis的性能不仅限于细胞水平，还能够扩展到整个生物体的层面。在秀丽隐杆线虫模型中，LysoVis能够有效显示由ROS引发的溶酶体粘度升高，这表明其在活体研究中的适用性。这种能力使得LysoVis成为一种多功能的化学工具，能够在多种生物模型中用于研究炎症相关的粘度变化。

总的来说，LysoVis的开发为理解炎症对溶酶体的影响提供了新的视角。其独特的设计和优良的性能使其成为一种有效的分子探针，能够直接可视化炎症条件下溶酶体粘度的变化。这一成果不仅有助于深化对炎症机制的理解，还为相关疾病的诊断和治疗提供了新的思路。通过LysoVis，研究者可以更准确地评估炎症对细胞器的影响，从而为生物医学研究提供有力支持。