《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Readily soluble red fluorescent probe for precise lysosomal albumin imaging in Parkinson's disease
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血清白蛋白在帕金森病中的神经保护作用及其溶酶体动态检测是研究重点，开发新型荧光探针SQ-1可快速响应（<60秒）、高灵敏度（LOD=82nM）、长波长（>600nm）并适用于生物流体检测，为帕金森病诊断提供新工具。
张启胜|李炳雪|李学雄|江菲菲|李建国|王毅|王伟|秦一凯|赵代勇|周金
中国山东省第二医科大学基础医学科学院、药学院、公共卫生学院，潍坊261000
摘要
血清白蛋白是血浆中含量最丰富的蛋白质，它通过调节胶质-神经元信号传导和抗氧化活性在帕金森病（PD）中发挥神经保护作用。同时，溶酶体在维持神经元稳态方面起着不可或缺的作用。因此，研究溶酶体内HSA（血清白蛋白）的动态变化不仅对于阐明PD的病理生理机制至关重要，也为开发新的诊断策略提供了潜在靶点。然而，现有的用于溶酶体HSA成像的荧光探针在响应速度、检测范围、水溶性和发射波长方面存在局限性。在这里，我们开发了SQ-1这种探针，它具有快速响应（<60秒）、高灵敏度（LOD = 82 nM）、优异的水溶性和较长的发射波长（>600 nm）以及宽的检测范围（0–60 μM）。实验表明，SQ-1能够在细胞PD模型中可靠地检测到溶酶体白蛋白水平的下降。此外，在PD大鼠模型中的体内成像显示大脑中的白蛋白水平升高。关键的是，SQ-1能够在临床相关的生物液体（包括PD模型动物的尿液和脑脊液）中定量检测白蛋白。因此，SQ-1探针为检测溶酶体HSA提供了强大的工具，在神经生物学研究和神经系统疾病诊断中具有广泛的应用潜力。
引言
帕金森病（PD）是全球第二常见的神经退行性疾病，发病率不断上升，影响着超过1.7%的65岁及以上的老年人。其病理过程涉及黑质致密部（SNc）的多巴胺能神经元，导致运动症状如动作迟缓、静止性震颤和肌肉僵硬。值得注意的是，大约50%的患者会出现认知衰退和痴呆等非运动并发症，给医疗系统和护理人员带来了巨大的社会经济负担[1]，[2]。尽管对PD病理生理学的理解有所进展，但其诊断仍然主要依赖于对运动体征的物理评估和评估工具，尽管这些方法的准确性经常受到主观性的影响[3]。缺乏基于实验室的客观诊断标准凸显了迫切需要创新生物标志物来提高诊断精度并促进早期治疗干预。
虽然PD的精确机制尚未完全阐明，但新兴证据表明人类血清白蛋白（HSA）是疾病发病机制中的关键调节因子[4]。作为主要的血浆蛋白质，HSA维持血浆渗透压，介导全身物质的运输，并调节自由基。据报道，帕金森病（PD）患者的HSA水平显著低于健康对照组，这成为PD的一个独立风险因素[5]，[6]。在中枢神经系统（CNS）中，白蛋白通过三种主要机制促进大脑稳态：（1）渗透调节和液体平衡维持；（2）神经活性化合物（包括药物和脂肪酸）的分子伴侣作用；（3）通过调节胶质-神经元信号传导和抗氧化活性提供神经保护[7]。HSA通过携带激素和抗氧化剂以及减少氧化应激来保护PD中的神经元，而氧化应激是PD相关神经退行性的关键因素[7]。体外研究表明，HSA通过两种机制对抗6-羟基多巴胺（6-OHDA）诱导的细胞毒性：抑制活性氧（ROS）的生成和抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路，这与专用抗氧化剂的作用类似[8]。值得注意的是，白蛋白是可生物降解的、无毒的且不具免疫原性。这一独特的生物学特性使HSA成为优化PD管理中CNS药物生物利用度的理想载体，这些发现强调了其在维持神经稳态中的关键作用[9]。HSA在PD的发病机制和进展中起着重要作用，具有作为诊断生物标志物和治疗靶点的潜力。因此，监测体内和体外的HSA动态对于阐明疾病机制和评估治疗效果具有重要意义。现有的HSA检测方法包括免疫化学检测（如荧光免疫测定、酶联免疫吸附测定、放射免疫测定和免疫浊度测定）、表面增强拉曼散射（SERS）、毛细管电泳、比色技术（例如溴铬绿、BCG）以及液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）。这些方法依赖于复杂的样品预处理，其“分离-检测”方法倾向于结果导向的分析，因此无法用于活体生物样本的实时原位成像[10]，[11]。荧光传感和成像在近几十年来已成为广泛采用的非侵入性检测技术，特别是在小分子荧光探针领域。这种方法具有高灵敏度、优异的选择性、多色成像能力和高背景对比度，并可以实现实时、原位的定量检测[12]，[13]。溶酶体作为重要的细胞器，主要负责降解细胞内和细胞外的 macromolecules。大量研究表明，溶酶体在维持神经元稳态中起着不可或缺的作用，其功能障碍与神经退行性病变密切相关[14]，[15]。HSA可以被溶酶体吸收和降解。基于这一机制，使用荧光成像追踪溶酶体中的HSA已成为一种有前景的研究策略。然而，现有的用于溶酶体HSA成像的荧光探针存在局限性，如响应时间较长、检测范围有限、水溶性差以及发射波长较短（低于600 nm）[16]，[17]。此外，非特异性背景自荧光会干扰荧光成像。而且，人尿液中含有丰富的内源性荧光团（波长范围从300到450 nm），其自荧光显著影响尿液样本的成像灵敏度[18]。因此，迫切需要开发具有超高水平溶解度和抗干扰能力的長波长发射（>600 nm）HSA探针。这类探针对于阐明PD的发病机制和推进其临床诊断至关重要。
为了解决这些限制，我们设计了SQ-1，这是一种经过合理设计的HSA响应探针，具有供体-π-受体（D-π-A）结构，并优化了分子内的电荷转移（TICT）特性。这一机制被战略性地用于提高其对微环境的响应性，从而能够精确靶向HSA的疏水亚域。通过与这一疏水域结合，SQ-1有效抑制了非辐射能量耗散途径，实现了高达11倍的荧光增强，并具有优异的结合稳定性和高信噪比特性。SQ-1能够在PD细胞模型中动态监测HSA的变化，并通过原位荧光成像成功量化PD大鼠脑组织中的时空变化。关键的是，它能够在PD模型的生物液体（尿液、脑脊液）中定量检测HSA。本研究系统评估了SQ-1在生物样本中对HSA的荧光标记性能，有望成为神经生物学研究的优秀分子成像工具。
部分摘录
合成与表征
根据我们的设计策略，从商业可获得的2,3,3-三甲基-4,5-苯并-3H-吲哚前体开始，通过两步反应合成了新型吲哚基化合物，产率良好。详细的合成步骤见图S1。目标化合物的结构通过1H NMR、13C NMR和HRMS光谱得到了充分确认，详见支持信息。
帕金森病细胞模型的荧光成像
两个含有SH-SY5Y细胞的共聚焦培养皿分别用0 μM的...
设计与合成
大多数花青素和半花青素染料表现出吸引人的光物理特性，包括较长的发射波长、优异的水溶性和高热稳定性及生物相容性[19]，[20]。基于这些优势，我们的主要目标是开发一种基于半花青素的荧光探针，用于选择性检测血清白蛋白。为了实现这一目标，我们在半花青素化合物中引入了4-（甲基氨基）基团，并基于此合成了SQ-1探针
结论
在这项研究中，我们开发了SQ-1，这是一种通过TICT机制作用的小分子荧光探针，具有高灵敏度、优异的选择性和广泛的检测范围。此外，SQ-1在长波长（607 nm）下发射，这有助于最小化背景干扰。为了确保优异的水溶性，在SQ-1中引入了磺酸基团，大大提高了其水溶性。这些独特的光物理特性...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们衷心感谢以下机构的财政支持：国家自然科学基金（编号：21705120、22407079）、山东省自然科学基金（编号：ZR2023MB001、ZR2023QB223、ZR2017LB016）、泰山学者项目专项基金（编号：tsqn202211231）、山东省医药卫生科技项目（编号：202425020644）、潍坊市科技发展项目（编号：2023GX022）以及圆都学者基金会。
