《Sensors and Actuators B: Chemical》：TGR5-mediated Targeting Fluorescent Probe for γ-Glutamyltranspeptidase and Its Application in Imaging of Liver-gut Axis for Treatment of Ulcerative Colitis
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``•开发了一种比率型近红外探针Cy-CA-GGT，用于GGT成像。•胆酸结构单元使得该探针能够通过TGR5双重靶向肝脏和结肠。•Cy-CA-GGT在肝损伤和结肠炎模型中能够识别并响应GGT活性。•Cy-CA-GGT可以实现肝脏-肠道轴的可视化。•研究表明，针对肝脏的治疗可以改善
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开发了一种比率型近红外探针Cy-CA-GGT，用于GGT成像。
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胆酸结构单元使得该探针能够通过TGR5双重靶向肝脏和结肠。
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Cy-CA-GGT在肝损伤和结肠炎模型中能够识别并响应GGT活性。
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Cy-CA-GGT可以实现肝脏-肠道轴的可视化。
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研究表明，针对肝脏的治疗可以改善溃疡性结肠炎。
引言
溃疡性结肠炎（UC）是一种炎症性肠病，由于其患病率的上升、持续的复发以及有限的治疗选择，给全球健康带来了重大负担[1]、[2]、[3]。其发病机制复杂多因素，涉及遗传易感性、肠道菌群失调、环境因素和异常的免疫反应[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。近年来，越来越多的证据表明，肝病（如胆汁淤积、非酒精性脂肪肝病和自身免疫性肝炎）可能影响肠道完整性和炎症，这使得肝胆功能障碍成为导致结肠疾病的因素之一[9]、[10]、[11]、[12]。然而，针对肝脏的疗法在治疗结肠疾病方面的潜力尚未得到充分探索。这凸显了迫切需要强有力的工具来研究通过靶向肝脏治疗结肠疾病的潜力。
γ-谷氨酰转肽酶（GGT）是一种膜结合酶，其异常表达与肝病和肠道疾病都有关[13]、[14]、[15]、[16]。在肝胆疾病中，GGT水平升高是胆汁淤积和胆上皮损伤的敏感指标[17]、[18]。在炎症性肠病中，血清和组织中的GGT水平也有所升高，这表明它可能作为肝脏-肠道轴上的共同生物标志物[19]、[20]、[21]。然而，常规的GGT检测依赖于血清生化分析，缺乏体内原位检测能力[22]、[23]、[24]、[25]。近年来，荧光成像技术提供了一种非侵入性的方法，可以在体内高时空分辨率下监测分子事件[26]、[27]，小分子荧光探针也成为体外和体内检测酶活性的有希望的工具[29]。例如，已经设计了几种可被GGT激活的荧光探针，用于癌症成像和肝病检测[30]、[31]、[32]。然而，目前还没有报道能够同时检测肝脏和结肠中GGT活性的荧光探针。
TGR5（Takeda G蛋白偶联受体5）在肝脏和结肠中广泛表达，在调节肠道免疫稳态和肝脏代谢中起关键作用[33]、[34]。作为胆汁的主要成分，胆酸能够特异性结合并激活TGR5，从而促进其细胞内摄取[35]、[36]、[37]。鉴于TGR5在肝脏-肠道轴上的双重分布，将胆酸结构单元引入荧光探针中是一种同时靶向肝脏和结肠的有希望策略。
在这项研究中，设计并合成了一种针对肝脏-肠道的GGT荧光探针Cy-CA-GGT（图1）。该探针由花青素荧光团、γ-谷氨酰识别单元和胆酸靶向基团组成。Cy-CA-GTT本身在840纳米处发光。当GGT酶解γ-谷氨酰键时，探针发生结构变化，发射波长从840纳米移至650纳米。190纳米的发射波长变化大大提高了检测灵敏度，并实现了比率测量。利用这些优良特性，该探针能够靶向高表达TGR5的细胞，从而准确成像细胞中的GGT活性。体内荧光成像显示Cy-CA-GGT在各种肝损伤和溃疡性结肠炎模型中有效识别并响应GGT活性。最重要的是，TGR5介导的探针揭示了肝脏-肠道轴的存在，并表明针对肝脏的治疗可以改善溃疡性结肠炎。
章节摘录
溶液中Cy-CA-GGT或Cy-GGT的荧光检测
溶液中Cy-CA-GGT或Cy-GGT的荧光检测方法见补充材料。
实验过程中使用了来自湖南思莱科晶达实验动物有限公司的六周龄雄性C57BL/6小鼠，并在整个实验过程中给予了人道关怀。所有动物操作均按照伦理委员会的规定进行。
用于研究“肝脏-结肠”轴的荧光探针Cy-CA-GTT是根据补充材料中的方案S1合成的。Cy-CA-GGT及其中间体的结构通过1H NMR、13C NMR和高分辨率质谱法进行了确认（图S1-S6）。此外，对照探针Cy-GGT（缺乏TGR5靶向单元）是根据方案S2合成的，并通过1H NMR、13C NMR进行了表征。
总之，我们开发了一种基于TGR5介导的比率型近红外荧光探针Cy-CA-GTT，用于成像肝脏-肠道轴上的GGT活性。该探针含有可被GGT酶解的γ-谷氨酰单元和胆酸结构单元，可实现选择性GGT识别和依赖TGR5的细胞摄取。酶解后，Cy-CA-GGT出现190纳米的发射波长变化，且无光谱干扰，从而实现准确的比率检测。细胞实验证实了其特异性进入目标细胞的能力。
蒋玉琴：撰写、审稿与编辑、资源提供、概念构思。欧阳娟：撰写、审稿与编辑、资源提供、概念构思。李春雁：撰写、审稿与编辑、验证、监督、资源提供、概念构思。唐萌：方法学研究、实验实施。彭楚玉辉：方法学研究、实验实施。胡柳芳：撰写、审稿与编辑、资源提供、概念构思。毛国江：撰写、审稿与编辑、资源提供、概念构思。邓伟群：原始数据撰写
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
本研究得到了国家自然科学基金（22574141、22174122、22404140、82404835）、湖南省自然科学基金（2026JJ50126、2024JJ6420、2024JJ6444）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515011582）、中国博士后科学基金（2024M760869）、河南师范大学化学与化工学院开放研究基金（2020YB01）等的支持。
邓伟群|杨志超|何培德|彭楚玉辉|唐萌|毛国江|胡柳芳|欧阳娟|蒋玉琴|李春雁
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