基于苯胺-罗丹明(PR)的pH稳定荧光探针实现溶酶体动态高分辨率成像

针对溶酶体pH动态变化导致传统罗丹明荧光探针信号不稳定的难题，研究人员开发了苯胺修饰的罗丹明衍生物PR和EPR，通过NH质子化/去质子化与氢键协同调控螺内酯环开关，在pH 4-10范围内实现稳定荧光，为细胞调控网络中溶酶体功能研究提供了高精度成像工具。

　　

在生命科学研究中，溶酶体作为细胞的"消化中心"，其动态变化与多种疾病密切相关。然而，这个充满酸性环境的细胞器却给科学家们带来了观测难题——传统荧光探针的成像效果会随着pH值的波动而"忽明忽暗"。这主要是因为常用的罗丹明染料存在一个独特的分子开关：它们能在非荧光的"闭合"螺内酯环形式（spiro-ring）和荧光的"开放"呫吨鎓形式（xanthylium）之间转换，而这个转换过程对pH变化异常敏感。

为了解决这一难题，来自中国的研究团队在《Dyes and Pigments》上发表了一项突破性研究。他们发现，在苯胺修饰的罗丹明（PR）中，NH基团的质子化/去质子化与氢键形成能协同调控螺内酯环的开关行为。这种独特的分子机制就像给探针装上了"pH缓冲器"，使得PR在pH 4-10的广泛范围内都能保持稳定的荧光信号。基于这一发现，研究人员进一步开发了衍生物EPR，成功实现了在不同生理和病理条件下对溶酶体动态的高分辨率、长时间稳定成像。

研究团队主要采用了以下关键技术：光物理表征分析PR和EPR的荧光特性；合成化学方法构建苯胺-罗丹明衍生物；超分辨显微成像技术观察溶酶体动态；以及分子动力学模拟阐释NH基团的质子缓冲机制。

【Materials】部分显示，研究使用的商业试剂来自Sigma-Aldrich等供应商，硅胶(200-300目)用于纯化。

【Photophysical Characterization of PR and EPR】揭示了关键机制：螺内酯环开环过程由分子内电荷分离驱动，形成羧酸根阴离子和meso位碳正离子，而苯胺取代基通过NH质子化/去质子化平衡和氢键网络稳定了这一过程。

【Conclusions】部分总结道：PR通过其苯胺取代基的质子缓冲作用，建立了罗丹明环开关调控的新轴线。EPR探针在溶酶体pH变化时仍能保持荧光稳定，突破了传统pH敏感型探针的局限，为研究细胞调控网络中的溶酶体功能提供了强大工具。

这项研究的创新性在于：首次发现并利用苯胺-Rhodamine的NH质子缓冲机制；开发出对溶酶体pH波动不敏感的稳定荧光探针；实现了生理和病理条件下溶酶体动态的长时程超分辨成像。这些突破不仅为细胞器研究提供了新方法，也为开发下一代功能化荧光探针奠定了重要基础。研究获得中国国家自然科学基金（22225806等）、大连化学物理研究所(DICPI202142等)以及新加坡教育部(MOE-T2EP10222-0001)的资助。