综述：动脉粥样硬化多响应荧光探针的研究进展

《Coordination Chemistry Reviews》：Recent advances in multi-responsive fluorescent probes for atherosclerosis

　　

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  提供以病理为导向的动脉粥样硬化多响应荧光探针概述。
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  根据动脉粥样硬化进展过程中的关键病理事件对探针进行分类。
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  讨论探针设计策略、响应机制、成像应用及挑战。

引言

动脉粥样硬化（AS）是一种慢性炎症性心血管疾病，其特征是脂质、炎症细胞和纤维成分在动脉内膜中进行性积聚，导致斑块形成[1]。AS相关的急性心脑血管事件（如心肌梗死和卒中）是全球导致死亡和残疾的主要原因[2]、[3]、[4]。AS的病理进展具有多阶段、多因素共演变的特征。这一过程的一个显著早期特征是泡沫细胞的形成与积累，其原因在于氧化型低密度脂蛋白（ox-LDL）的过量积聚[5]、[6]。这些ox-LDL颗粒被巨噬细胞内化并转化为胆固醇酯，从而导致脂滴（LDs）在细胞内积累并促进泡沫细胞的形成[7]、[8]、[9]。与此同时，内源性活性氧（ROS），包括次氯酸（HClO）、过氧化氢（H₂O₂）和过氧亚硝酸盐（ONOO^?），在受累区域显著升高[10]、[11]、[12]、[13]。作为关键的内源性氧化应激因素，ROS可介导脂质和蛋白质的氧化修饰，加重内皮功能障碍，并放大局部炎症反应，从而加速斑块内脂滴的积累[14]、[15]、[16]。随着疾病进展，病变部位出现巨噬细胞浸润和激活，产生大量泡沫细胞，触发持续性慢性炎症反应[17]。同时，特定炎症酶（如γ-谷氨酰转移酶（GGT）和中性粒细胞弹性蛋白酶（NE））的活性异常上调，加速斑块的增殖和恶化[18]、[19]、[20]。在此期间，斑块内形成独特的病理微环境，其特征为pH异常、黏度增加、极性破坏以及蛋白质磷酸化介导的信号通路等物理化学性质的改变[21]、[22]、[23]、[24]。这些变化诱导内皮细胞增殖和炎症，从而促进动脉粥样硬化斑块的形成。这些因素的共同作用推动斑块从稳定状态向易破裂的不稳定状态转变，最终导致血栓形成和严重的急性心脑血管事件（图1）[25]。因此，基于上述AS的早期发病机制和微环境变化，检测并成像AS过程中的相关活性物质和生物靶点对于探索疾病的发生和发展具有重要意义。

在过去几十年中，许多AS诊断方法已被开发出来。常用的诊断工具包括血管内超声（IVUS）、计算机断层扫描（CT）、磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）[26]、[27]、[28]、[29]。然而，这些传统成像方法主要能可视化已发生结构改变的晚期斑块，无法实现对斑块形成和发展全过程的动态监测[30]、[31]。因此，这些技术在研究AS早期病变、识别隐匿性斑块以及预测疾病风险方面存在明显局限性，无法满足疾病早期筛查和精确诊断的临床需求。

荧光探针技术作为一种具有优异灵敏度、高分辨率、高选择性和实时原位检测能力的成像方法，已成为研究AS病理机制和实现早期诊断的核心工具[32]、[33]、[34]。然而，传统单响应荧光探针只能识别单一生物标志物，无法全面反映AS中由多因素驱动的复杂病理状态。此外，它们易受体内复杂环境的干扰，检测特异性和准确性有待提高[35]、[36]。相比之下，多响应荧光探针可同时识别多种与疾病相关的生物标志物或病理事件，从而提供相互关联的病理过程的互补信息。通过在单一传感系统中整合多种响应，这些探针可以提高病变特异性，减少单一生物标志物波动导致的假阳性信号，并提供更全面的AS微环境表征。因此，多响应荧光探针已成为阐明AS复杂病理机制、促进更精确的病变检测和早期诊断的有前景的工具[37]、[38]、[39]。

近年来，AS用多响应荧光探针的研发取得了显著进展[40]。然而，现有综述主要聚焦于代表性探针设计或单一响应分析物，而缺乏从AS病理演变角度进行的系统讨论。本综述全面总结了近期报道的AS多响应荧光探针（表1），并根据疾病进展中涉及的主要病理事件进行分类，包括氧化应激与脂滴、炎症与酶活性异常、病变微环境紊乱、代谢与信号通路异常以及三重响应策略。需要注意的是，由于AS病理的高度互联性，某些多响应荧光探针可能同时反映多个病理过程。在本综述中，这些探针根据其主导传感特征和相应研究主要涉及的病理过程进行分类，同时适当讨论其多功能传感能力及可能涉及的相關病理事件。在这一以病理为导向的框架下，我们进一步讨论了代表性探针的分子设计原则、荧光响应机制、成像性能及当前挑战，旨在为下一代用于AS精确诊断的荧光探针的合理设计提供新的见解。

章节摘要

靶向氧化应激与脂滴的双响应荧光探针

尽管靶向ROS或脂滴的单响应荧光探针在AS早期检测中显示出相当大的潜力，但仍存在固有的局限性。ROS响应探针易受其他炎症疾病相关的ROS水平升高干扰，而脂滴靶向探针主要反映脂质积累，但无法揭示伴随的氧化应激。重要的是，脂质积累与氧化应激密切相关

靶向炎症与酶活性异常的双响应荧光探针

尽管脂质积累和氧化应激是AS发展的关键驱动力，但持续的氧化损伤可进一步促进血管免疫激活并增强炎症细胞募集[93]。活化的巨噬细胞和中性粒细胞随后释放多种炎症相关酶，包括GGT、组织蛋白酶B（CTB）和NE。这些酶通过调节氧化应激、炎症信号通路和细胞外基质来促进斑块进展

靶向病变微环境紊乱的双响应荧光探针

除氧化应激和炎症反应引起的分子改变外，斑块进展性发展还伴随微环境的显著物理化学重塑。持续性炎症激活、代谢失调以及细胞成分和代谢物的异常积累可进一步改变局部微环境参数，包括pH、黏度、极性和蛋白质稳态[129]、[130]、[131]。这些动态变化

靶向代谢与信号通路异常的双响应荧光探针

虽然氧化应激和炎症激活主要反映细胞外和细胞内损伤信号，但长期的斑块进展还受代谢重编程和细胞内信号调控的影响。在AS发展过程中，低密度脂蛋白的过量积累诱导脂滴形成，而失调的脂质代谢与细胞内信号网络的变化密切相关[153]、[154]、[155]。蛋白质磷酸化作为调节细胞的

三重响应荧光探针

与依赖单一生物标志物的成像策略相比，通过多通道同时追踪多种疾病相关标志物可以更准确地反映AS等复杂疾病的病理微环境，从而提高诊断特异性和可靠性。检测多个关键指标不仅有助于揭示疾病发生和进展的复杂机制，还为早期干预和治疗提供了更强的基础。

结论与展望

本综述系统总结了AS检测与成像领域多响应荧光探针的最新进展，重点论述了探针设计策略、响应机制以及体外和体内成像应用。多响应荧光探针能够同时检测多种AS相关病理标志物，提供斑块微环境的多维信息，为AS的早期诊断和机制研究提供了有价值的工具。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

我们感谢国家自然科学基金（22171249）、河南省自然科学基金（242301420006、252300421245、242300420526）和中原科技创新青年领军人才计划（23HASTIT003）、河南省高等学校重点科研项目（24B150033）的资助。

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