《Materials Today Bio》：A Multifunctional Mitochondria-Targeted Nanoparticle for the Effective Treatment of Dry Eye Disease via Reactive Oxygen Species Scavenging
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本研究针对早期肝细胞癌（HCC）与急性肝损伤（ALI）临床鉴别诊断的难题，开发了一种新型脂滴（LD）靶向、具有聚集诱导发光（AIE）特性的近红外（NIR）双通道荧光探针TPA-DCN-TPE。该探针可正交、独立地响应微环境粘度（红通道，增强1532倍）和次氯酸（HOCl，绿通道，增强363倍），并基于红绿信号强度比（R/G）在活体、离体及组织切片水平成功区分HCC（高R/G比）与ALI（低R/G比），为肝病早期精准诊断提供了新的量化光学标准。
肝脏作为人体的代谢中枢，一旦出现问题，后果往往十分严重。在众多肝脏疾病中，肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）和急性肝损伤（Acute Liver Injury, ALI）尤其凶险，前者是常见的原发性肝癌，早期症状隐匿，确诊时多已是中晚期，错过了最佳治疗窗口；后者则进展迅猛，若不能及时准确处理，可能迅速导致肝功能衰竭甚至死亡。更棘手的是，早期HCC和ALI在临床症状和常规生化指标上存在大量重叠，使得临床鉴别诊断变得极其困难，误诊率居高不下。传统的血清学标志物和医学影像技术往往在疾病早期灵敏度或特异性不足，无法提供可靠的区分信号。因此，开发一种能够精准区分这两种病理过程的新技术，成为临床亟待突破的瓶颈。
分子影像技术，特别是荧光探针，为这一难题带来了曙光。然而，现有的多数荧光探针功能单一，通常只能检测一种参数，且缺乏细胞器水平的选择性靶向能力，难以捕捉复杂疾病微环境中的多重特征变化。值得注意的是，微环境粘度升高和次氯酸（Hypochlorous Acid, HOCl）爆发是肝脏疾病进展中两个关键但病理生理意义迥异的事件，分别与铁死亡（Ferroptosis）和炎症反应密切相关。在HCC的微环境中，异常的脂质积累和代谢重编程导致粘度显著升高；而在ALI中，剧烈的氧化应激则引发突出的HOCl爆发。单独监测其中任何一个参数都容易导致误判，但若能同时、定量地捕获这两个参数的相对变化模式，则有望为区分HCC和ALI提供独特的“分子指纹”。
针对这一挑战，发表在《Materials Today Bio》上的研究报道了一种名为TPA-DCN-TPE的新型荧光探针。研究人员巧妙设计了一个给体-受体-给体（D-A-D'）结构的分子，其核心创新在于整合了脂滴（Lipid Droplet, LD）特异性靶向能力与正交的双通道响应机制。该探针不仅具备聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）特性，发射波长位于近红外（Near-Infrared, NIR）区域，利于活体深层成像，还能互不干扰地分别对粘度（红色荧光通道）和HOCl（绿色荧光通道）产生强烈的“开启”响应。更重要的是，他们发现HCC病变区域表现出“红强绿弱”的特征（高红/绿信号强度比，R/G > ~1.5），而ALI区域则呈现“绿强红弱”（低R/G比，R/G < ~0.8）。这种差异化的信号模式在活体小鼠模型、离体器官成像以及组织切片分析中均得到一致验证，从而建立了一个可靠的光学诊断标准。
为开展此项研究，作者团队运用了多项关键技术方法。研究首先通过有机合成方法成功制备了TPA-DCN-TPE探针分子，并利用核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）进行了结构确证。在性能表征方面，系统评估了探针的光物理性质，包括AIE行为、溶剂化效应、以及对粘度和HOCl的选择性、灵敏度及检测限。理论计算（如密度泛函理论DFT和自然跃迁轨道NTO分析）被用于阐明探针的响应机理和电子跃迁特性。在生物学验证层面，研究采用了细胞培养模型（Huh-7人肝癌细胞系），通过共聚焦显微镜进行共定位实验（使用商用LD染料BODIPY 493/503）以及对外源性/内源性HOCl、炎症（LPS诱导）和铁死亡（Erastin诱导/Fer-1抑制）过程的实时动态监测。此外，研究构建了HCC异种移植瘤小鼠模型和乙酰氨基酚（APAP）诱导的ALI小鼠模型，利用小动物活体成像系统进行在体双通道荧光成像，并对离体器官和组织切片进行了荧光分析，所有动物实验均遵循相关伦理规范。
3.1. TPA-DCN-TPE探针的设计与合成
研究人员设计并合成了具有D-A-D'推拉电子结构的NIR双通道荧光探针TPA-DCN-TPE。该分子集成三苯胺（TPA, 给体D）、二氰基乙烯（DCN, 受体A）和四苯基乙烯（TPE, 给体D'），通过单键连接，促进分子内电荷转移（ICT），实现深组织NIR发射。AIE活性的TPA/TPE单元赋予分子疏水性，促进其特异性靶向并富集于脂滴（LDs）。DCN部分作为HOCl的高选择性识别位点，其响应机制涉及HOCl介导的DCN基团中C=C双键的氧化断裂，生成相应的羰基衍生物，从而改变电子分布并引发荧光信号转换（蓝移）。该设计实现了粘度（红通道）和HOCl（绿通道）的双通道独立检测，信号变化模式相互正交，无光谱串扰。
3.2. 光物理性质及对粘度的响应
TPA-DCN-TPE在固态下最大发射波长为671 nm，表现出NIR发射特性。在四氢呋喃/水混合溶剂中，随着水分数增加，探针表现出典型的AIE行为，在水分数为90%时荧光强度增强约283倍。探针对粘度变化极其敏感，在高粘度甘油中相对于四氢呋喃显示出约1532倍的荧光增强。在不同甘油/水混合物中，629 nm处的荧光强度与甘油分数呈良好的线性关系（R2 = 0.9953），表明其可用于定量粘度传感。选择性实验表明，探针对粘度具有高特异性，常见生物基质组分无干扰。理论计算（DFT/TD-DFT）和自然跃迁轨道（NTO）分析揭示了其激发态为典型的ICT态，分子内旋转受限（RIR）是粘度高灵敏度响应的分子基础。
3.3. 对HOCl的响应及检测机制
TPA-DCN-TPE对HOCl表现出高选择性，在548 nm处有约363倍的荧光开启响应。HOCl滴定实验显示荧光强度与HOCl浓度（0-50 μM）呈良好线性关系（R2 = 0.9912），检测限低至0.23 nM。竞争实验证实了探针优异的抗干扰能力。机理研究表明，HOCl选择性氧化切割DCN基团的C=C双键，生成羰基产物TPA-CO-TPE，这通过紫外-可见吸收光谱变化和HRMS得到了证实。DFT计算进一步表明，氧化反应削弱了分子受体的吸电子能力，降低了ICT效应，导致荧光开启和蓝移。
3.4. 脂滴靶向及粘度可视化
细胞毒性实验表明TPA-DCN-TPE具有良好的生物相容性。共定位实验证实该探针能特异性靶向细胞内的脂滴（与商用LD染料BODIPY 493/503的皮尔逊相关系数PCC = 0.8773）。在外源性（油酸OA处理）和内源性（Nystatin、Monensin处理）诱导的粘度升高模型中，探针的红通道荧光信号均呈现显著增强，证明其能有效监测活细胞内LD微环境的粘度变化。
3.5. 细胞内HOCl、炎症及铁死亡的动态过程监测
探针能够有效监测外源性HOCl引起的浓度依赖性荧光增强。在脂多糖（LPS）诱导的炎症模型中，探针检测到内源性HOCl的产生以及伴随的粘度升高。在铁死亡诱导剂（Erastin）处理的细胞中，探针的双通道信号均被强烈激活（绿通道增强约11.8倍，红通道增强约4.2倍），而铁死亡抑制剂（Fer-1）可逆转此效应，实现了对铁死亡过程中HOCl爆发和粘度升高这两个关键事件的同步实时可视化。
3.6. 活体内诊断可视化
在HCC异种移植瘤和APAP诱导的ALI活体小鼠模型中，TPA-DCN-TPE的双通道荧光成像显示，病变组织（肿瘤或损伤肝脏）相较于正常组织信号显著增强。定量分析揭示了两者不同的信号模式：HCC表现为红通道信号优势（R/G比值高，约1.65），而ALI表现为绿通道信号优势（R/G比值低，约0.72）。这种差异在活体、离体器官成像以及组织切片水平均保持一致，确立了一个清晰的成像鉴别标准（HCC: R/G > ~1.5; ALI: R/G < ~0.8）。该探针能够在常规血清酶学标志物（ALT、AST）尚未出现显著变化的早期阶段识别出病理微环境差异，展现了其早期诊断潜力。
本研究成功开发了TPA-DCN-TPE这一新型AIE活性NIR双通道荧光探针，它能够特异性靶向脂滴，并同步、高灵敏度地检测微环境粘度和HOCl。该探针不仅实现了对活细胞炎症反应和铁死亡过程中HOCl爆发与粘度变化的实时监测，更重要的是，通过多水平成像研究，确立了基于红绿信号强度比（R/G）区分HCC与ALI的量化光学标准。HCC病变表现为粘度响应主导的“红>绿”模式，而ALI则表现为HOCl响应主导的“绿>红”模式。这一发现成功解决了早期HCC与ALI因临床特征重叠而难以鉴别的诊断困境。该研究将细胞器靶向、AIE-NIR光学特性与正交双参数传感相结合，为肝病及其他代谢性、炎症性疾病的早期精准诊断和病理机制研究提供了一个强大的分子工具和新的策略。
