基于级联激活荧光探针DCF-Pa的化疗性肠粘膜炎双响应成像研究

化疗性肠粘膜炎(CIM)的精准诊断面临病理机制复杂、检测手段匮乏的挑战。山东大学团队创新性开发了双锁激活荧光探针DCF-Pa，通过级联响应泛酸酶(pantetheinase)活性和微环境粘度变化，实现了CIM的高灵敏度成像(LOD=0.24 ng/mL)。该研究为炎症性肠病的分子诊断提供了新范式，相关成果发表于《Sensors and Actuators B: Chemical》。

　　

化疗药物在杀伤肿瘤细胞的同时，常引发严重的化疗性肠粘膜炎(Chemotherapy-induced intestinal mucositis, CIM)，其典型特征包括肠道上皮屏障破坏、细菌移位和系统性炎症反应。尽管临床发生率高达40-100%，但受限于复杂的五阶段病理进程和缺乏特异性生物标志物，CIM的早期诊断始终是临床难题。传统检测方法如放射性标记和分光光度法难以实现活体动态监测，而单锁激活探针又易受生物背景干扰。泛酸酶(Vanin-1)作为炎症调控的关键酶，其水解产物泛酸(维生素B₅)和半胱胺分别参与能量代谢和抗氧化防御，但该酶在CIM中的作用机制尚未阐明。

山东大学第二医院的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表的研究中，设计了一种基于双锁机制的级联激活荧光探针DCF-Pa。该探针创新性地整合了2-二氰亚甲基-3-氰基-4,5,5-三甲基-2,5-二氢呋喃(DCF)荧光团和泛酸识别模块，通过分子对接证实其能精准定位于Vanin-1催化中心(PDB ID: 9IZL)。研究采用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和分子旋转限制理论验证了"酶切-粘度放大"的级联响应机制：首先泛酸酶水解解除荧光淬灭，随后炎症相关的高粘度环境抑制DCF-NH₂的分子内旋转，实现信号二次放大。

关键技术包括：1) 基于SYBYL-X 2.0的分子对接模拟；2) 5-氟尿嘧啶诱导的小鼠CIM模型；3) 活体荧光成像系统；4) 酶动力学分析。

【Synthesis of DCF-Pa】
通过多步有机合成构建探针分子，核磁共振和质谱证实结构正确性。

【Molecular Docking assay】
显示DCF-Pa的泛酸酰胺基团与Vanin-1催化残基形成氢键网络，结合自由能达-8.3 kcal/mol。

【Spectral assay】
在pH 7.4 PBS缓冲体系中，DCF-Pa对泛酸酶表现出纳摩尔级亲和力，酶解产物在600 nm处荧光强度提升120倍。粘度实验证实甘油浓度增至80%时，量子产率提高9.3倍。

【Cellular imaging】
在RAW264.7巨噬细胞中，脂多糖(LPS)刺激组荧光信号较对照组增强4.8倍，且与Vanin-1免疫荧光共定位。

【In vivo imaging】
5-FU处理小鼠6小时后，腹部荧光强度与肠道Vanin-1表达呈正相关(r=0.87)，病理切片证实炎症评分与信号强度一致。

该研究突破性地建立了CIM的双模态分子诊断策略：探针DCF-Pa不仅能动态监测Vanin-1活性变化，还可通过粘度响应反映炎症程度。分子机制上，阐明了泛酸酶-谷胱甘肽轴在CIM中的调控作用，为靶向干预提供了新靶点。方法学创新体现在：1) 首次将酶活性与微环境物理参数耦合检测；2) 创制了首个可区分生理/病理浓度泛酸酶的化学工具。这些发现不仅推动了炎症性肠病的精准诊疗发展，其级联激活设计思路更为其他复杂疾病的探针开发提供了范式参考。