近红外双通道荧光探针QX-DP同步可视化癫痫、非酒精性脂肪肝及肿瘤铁死亡模型中的ONOO-与粘度变化

本研究针对细胞内过氧亚硝酸根(ONOO-)与粘度双标志物同步检测的技术瓶颈，开发了基于喹啉-呫吨骨架的近红外荧光探针QX-DP。该探针通过668nm和752nm双通道分别响应粘度和ONOO-，首次实现癫痫小鼠脑组织、非酒精性脂肪肝(NAFL)及肿瘤铁死亡模型中双参数同步成像，为氧化应激相关疾病的机制研究和精准诊疗提供了新型分子工具。相关成果发表于《Biosensors and Bioelectronics》。

　　

在生命科学领域，细胞内氧化还原平衡的微妙调控一直是研究者关注的焦点。过氧亚硝酸根(ONOO^-)作为活性氧(ROS)与活性氮(RNS)的"双重身份"分子，以高达10¹⁰ M^-1s^-1的生成速率参与生理信号传导，但其异常积累又会引发蛋白质硝化、DNA损伤等病理改变。与此同时，细胞粘度这个看似简单的物理参数，实则通过影响分子扩散、信号转导等过程，与多种疾病密切关联。特别值得注意的是，在癫痫、非酒精性脂肪肝和肿瘤铁死亡等病理过程中，ONOO^-与粘度往往呈现协同变化，但受限于检测技术，二者的时空动态关系始终未能阐明。

面对这一挑战，山西医科大学与吉林省科研团队联合开发了革命性的近红外双通道荧光探针QX-DP。这项发表于《Biosensors and Bioelectronics》的研究，巧妙地将分子转子策略与特异性响应基团相结合，实现了活体内双参数同步可视化检测。研究团队通过理性设计，在喹啉-呫吨骨架(QX-OH)上引入二苯基膦酸酯(DP)作为双重功能基团：既作为ONOO^-响应单元，又作为荧光淬灭基团。当探针遇到ONOO^-时，DP基团被特异性切割，释放出强荧光发射的QX-OH；同时探针中的乙烯基π桥作为分子转子，其旋转受阻程度直接反映微环境粘度变化。这种"一石二鸟"的设计理念，使QX-DP在668nm和752nm两个近红外通道分别呈现粘度与ONOO^-的"Turn-on"型荧光响应。

关键技术方法包括：1) 基于分子转子原理的粘度响应模块设计；2) 二苯基膦酸酯特异性识别ONOO^-的化学反应优化；3) 癫痫小鼠模型、NAFL疾病模型及肿瘤铁死亡模型构建；4) 细胞、斑马鱼和小鼠多层次的活体荧光成像技术。

材料与仪器部分详细介绍了探针的合成路径：以QX-OH为前体，在二氯甲烷中与二苯基磷酰氯反应，经薄层色谱监测获得终产物QX-DP。质谱与核磁表征证实其结构正确性，高效液相色谱验证纯度达生物应用标准。

QX-DP的设计策略揭示了创新性分子机制：在低粘度环境下，探针的乙烯基自由旋转导致荧光淬灭；粘度升高限制分子内旋转，668nm荧光增强12倍。同时，DP基团与ONOO^-反应后，752nm通道荧光强度提升35倍，响应时间快至20秒，检测限低至74nM。这种双通道设计有效避免了信号串扰，且近红外发射显著降低了生物自发荧光干扰。

光学性能研究证实QX-DP具有优异的选择性：对ONOO^-的响应速度比H₂O₂快300倍，且不受其他ROS/RNS干扰。粘度测试显示其在甘油-甲醇体系中荧光强度与粘度对数呈线性关系，符合分子转子理论的F?rster-Hoffmann方程。

生物成像应用取得三大突破：1) 在癫痫模型中，首次同步观察到海马区ONOO^-水平升高2.1倍，粘度增加1.8倍，为癫痫氧化应激机制提供直接证据；2) 在NAFL模型中，肝组织双参数变化与病理程度正相关，实现疾病可视化分级；3) 在肿瘤铁死亡模型中，不仅验证了erastin诱导的细胞内双参数升高，更通过小鼠肿瘤模型证实QX-DP可实时监测铁死亡进程，为抗癌药物评估提供新工具。

结论与讨论部分强调，相比单参数检测，QX-DP的双通道同步成像能力为复杂疾病机制研究开辟了新视角。特别是在肿瘤铁死亡领域，该探针首次实现活体水平ONOO^-与粘度动态监测，解决了铁死亡标志物检测的技术难题。研究还指出，探针的近红外特性使其具备临床转化潜力，未来或可应用于氧化应激相关疾病的术中导航。值得注意的是，该设计策略可拓展至其他双标志物检测体系，为多功能分子探针开发提供了普适性方案。

这项研究的创新价值体现在三个方面：方法学上创建了首个能同步检测ONOO^-与粘度的NIR双通道探针；应用上首次揭示癫痫脑组织的双参数特征；技术上突破现有探针响应速度和波长限制。正如研究者所言，在精准医学时代，这种能捕捉多重病理变化的"智能"探针，将为复杂疾病的早期诊断和治疗监测带来革命性变化。