当活性氧（ROS）和活性氮物种（RNS）的生成超过身体的抗氧化防御能力时，就会产生氧化应激，导致脂质、蛋白质和DNA的氧化损伤[1],[2],[3],[4],[5]。由于大脑的高代谢率、丰富的可氧化脂肪酸以及相对较低的抗氧化能力[6],[7]，大脑特别容易受到氧化损伤。这种易感性解释了为什么氧化应激成为主要神经退行性疾病的病理标志。例如，阿尔茨海默病表现出与淀粉样蛋白斑块沉积相关的氧化标志物；帕金森病以影响多巴胺能神经元的氧化损伤为特征；抑郁症与谷胱甘肽耗竭有关；亨廷顿病与线粒体ROS过量产生有关；肌萎缩侧索硬化症（ALS）涉及与SOD1突变相关的氧化应激机制[8],[9],[10],[11],[12],[13],[14],[15],[16]。这些氧化过程导致蛋白质错误折叠、突触功能障碍和神经元死亡，从而使氧化应激成为神经退行性疾病的关键致病机制和潜在的治疗靶点[17],[18],[19],[20]。
乙酰胆碱（ACh）在中枢和周围神经系统中都起着重要的神经递质作用，其水解是神经活动的基本调节过程[21],[22],[23],[24],[25],[26]。乙酰胆碱酯酶（AChE）是负责在胆碱能突触中降解ACh的主要酶，通过快速水解维持神经递质的稳态[27],[28],[29],[30],[31]。AChE活性的失调会损害胆碱能信号传导，并导致阿尔茨海默病、癫痫和抑郁症等神经退行性疾病的发病[32],[33],[34],[35],[36],[37],[38]。最近的研究揭示了氧化应激与AChE活性之间的相互调节关系，这在多种神经疾病的进展中起着重要作用。这一发现强调了开发实时、原位监测内源性AChE活性的强大方法的必要性，同时阐明了AChE与氧化应激途径之间的复杂相互作用[39],[40],[41],[42],[43]。这些进展不仅将加深我们对神经病理机制的理解，还有助于开发新的神经保护策略。近红外（NIR，约650-1700 nm）荧光成像由于其出色的生物相容性、稳健的耐用性和卓越的时空分辨率，已成为研究生物过程的理想方法，能够动态追踪细胞、组织和整个动物水平的生物活性分子[44],[45],[46],[47]。尽管已经开发了许多用于细胞和组织环境中AChE成像的荧光探针，但氧化应激与AChE水平之间的体内调节关系仍知之甚少。
为了解决这一空白，我们合理设计并合成了一种新型荧光探针PT-2，其中氧杂二唑-苯并噻唑连接骨架作为NIR荧光团，环丙基甲基羧酸酯基团作为AChE特异性识别单元，对AChE表现出显著增强的NIR荧光响应，具有高灵敏度和优异的选择性（图1A）。有趣的是，PT-2还具有FUCL特性，即长波长激发和短波长发射。实验结果表明，在频率转换模式下，PT-2在检测AChE方面表现出更好的性能，其灵敏度和检测限明显低于传统模式。在FUCL模式下，PT-2显示出独特的反斯托克斯位移发射特性和成像优势，包括自荧光减少和光漂白效应减弱。我们的研究成功使用PT-2在细胞模型和活体小鼠中量化了基础AChE活性，并动态监测了谷氨酸诱导的氧化应激条件下的AChE波动（图1B）。值得注意的是，体内成像研究表明，在氧化应激期间AChE水平升高，这提供了强有力的证据，表明AChE可能作为连接氧化应激与神经病理学的关键分子介质。这些发现强烈表明氧化应激在神经退行性疾病的发病和进展中起着关键作用，从而为疾病机制提供了新的见解。总体而言，这项工作提供了一种有效的靶向成像工具，用于可视化并监测活体生物体内的AChE，以及用于神经疾病的诊断。它还为阐明氧化应激在调节AChE活性中的作用及其在神经退行性疾病中的潜在作用提供了有力证据，从而为预防和治疗神经退行性疾病提供了新的见解。
