基于硫取代半花青素的近红外荧光探针，可用于检测次氯酸，从而实现对肝脏损伤的成像以及脓毒症的血浆诊断

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Sulfur-substituted hemicyanine-based NIR fluorescent probe for hypochlorous acid enables imaging of liver injury and plasma diagnosis of sepsis

本研究开发了一种基于硫代卟啉的近红外荧光探针HClO-CyOH-S，用于检测药物性肝损伤（DILI）和败血症中的HClO。该探具有高选择性和灵敏度，成功应用于细胞内外HClO检测、DILI成像及败血症血浆诊断，为HClO的生理和病理研究提供了有力工具。

　　

王倩倩|孙学玉|刘善正|杨天天|荣荣|陈腾飞|王华|毛国江

河南医科大学药学院，中国新乡

摘要

次氯酸（HClO）作为人体免疫防御中的关键活性氧物种，与组织损伤和血液感染有关，可作为诊断血液败血症和药物性肝损伤（DILI）的生物标志物。本文基于近红外（NIR）荧光探针的优势，开发了一种可被HClO激活的含硫半花青素基NIR荧光探针，用于药物性肝损伤的成像和败血症的血浆诊断。HClO-CyOH-S对HClO表现出优异的选择性和灵敏度，能够实现荧光响应。该探针已成功应用于检测细胞内外的HClO，并用于DILI的成像和诊断。这些结果表明，HClO-CyOH-S是监测生理环境中HClO、成像和诊断肝损伤以及可视化检测败血症的强大工具。

引言

次氯酸（HClO）是人体免疫防御中的关键活性氧物种，主要由中性粒细胞和巨噬细胞等免疫细胞中的髓过氧化物酶（MPO）催化H₂O₂和Cl^?的过氧化反应产生[1]。HClO通过其强氧化和卤化作用，对蛋白质[2]、DNA[3]和脂质[4]造成氧化损伤，从而在免疫防御中发挥“先锋”作用。中性粒细胞中约5%的蛋白质为MPO，使其成为HClO的主要产生部位[5]。作为血液中的主要白细胞类型，中性粒细胞在抵御病原体入侵和血液感染方面起着关键作用[6]。发生血液感染时，中性粒细胞会产生超氧化物及其降解产物（过氧化氢），并释放MPO。同时，它们会主动吞噬病原体或形成中性粒细胞胞外陷阱（NETs），最终产生HClO以消灭病原体[7]。在抵抗血液感染的过程中，中性粒细胞释放的大量MPO和过氧化氢会在血浆中积累，导致感染血液中的HClO生成量高于未感染血液[5]、[8]、[9]、[10]。另一方面，HClO也在组织损伤（如药物性肝损伤DILI）引发的炎症反应中大量产生[11]、[12]。当肝脏受损时，免疫系统会立即启动炎症反应，激活肝脏炎症组织中的巨噬细胞。同时，血液中的中性粒细胞和单核细胞会主动迁移到肝脏炎症组织[13]。随后，在炎症反应的促进下，这些免疫细胞会产生大量HClO，以清除受损肝脏组织中的病原体、受损细胞及其代谢产物[13]、[14]。因此，HClO可作为血液感染（如败血症）和组织损伤（如DILI）的生物标志物，通过检测相关生物样本中的HClO来实现这些疾病的诊断。

近年来，基于有机小分子的荧光探针因其高灵敏度、高分辨率和实时无损检测特性[37]、[38]、[39]、[40]，被广泛用于生理或病理过程中HClO的成像检测[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]、[32]、[33]、[34]、[36]。其中，基于有机小分子的近红外（NIR）荧光探针表现尤为突出。这类探针具有较长的吸收波长和发射波长（通常λ_ex > 600 nm和λ_em > 650 nm），可减少对生物样本的光损伤，降低生物体内的背景荧光，并提高成像深度[41]、[42]、[43]，在生物系统中尤其是体内水平上对HClO的成像和检测效果优异。目前，研究人员已开发出多种用于活体生物体中HClO成像的近红外荧光探针[44]、[45]、[46]、[47]、[48]、[49]、[50]、[51]。然而，大多数探针的发射波长小于750 nm，激发波长小于700 nm，这在成像过程中会导致一定程度的光损伤和背景荧光。含硫半花青素染料是一种新型NIR荧光染料，具有典型的D-π-A结构，吸收和发射波长较长（分别为740 nm和780 nm），从而实现更好的成像深度、更少的光损伤和更低的背景荧光[52]、[53]，同时具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性。这些特性使得含硫半花青素染料成为医药和生物应用中的理想化学传感器。近年来，研究人员报道了一系列基于含硫半花青素染料的近红外荧光探针[54]、[55]、[56]、[57]、[58]、[59]、[60]、[61]，实现了活体生物体中多种物质的近红外荧光成像。然而，目前尚未有基于含硫半花青素染料的HClO荧光探针的相关报道。

基于上述因素，本文报道了一种基于含硫半花青素染料的HClO激活型NIR荧光探针（HClO-CyOH-S）（方案1）。HClO-CyOH-S在溶液中对HClO表现出高度选择性的“开-关”荧光响应，最大荧光增强值为32倍，检测限为200 nM，响应范围为800 nM至15 μM。此外，HClO-CyOH-S已成功应用于药物性肝损伤的成像，并作为可视化工具用于败血症的血浆诊断，取得了满意的结果。这些结果表明，HClO-CyOH-S是研究HClO的生理和病理作用以及诊断DILI和败血症的强大工具。

探针合成

探针（HClO-CyOH-S）的合成方法见方案S1。HClO-CyOH-S的合成过程和表征细节详见补充材料。试剂、仪器及其他实验程序的详细信息也附在补充材料中。

HClO-CyOH-S对溶液中HClO的分析性能

首先，研究了不同浓度HClO添加时HClO-CyOH-S的荧光强度随时间的变化（图S1），结果显示测试样品在780 nm处的荧光强度在3分钟内达到饱和，表明HClO-CyOH-S对HClO的反应迅速。随后，研究了HClO浓度增加时HClO-CyOH-S在紫外-可见光吸收和荧光光谱的变化（图1a和图1b）。

结论

本文开发了一种可被HClO激活的含硫半花青素基NIR荧光探针，用于药物性肝损伤（DILI）的成像和败血症的诊断。HClO-CyOH-S对HClO表现出优异的选择性和灵敏度，成功应用于细胞内外HClO的检测，并用于DILI的成像和诊断。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

本工作得到了河南省自然科学基金（项目编号：252300421451）、浙江-法国数字监测水资源和环境联合国际实验室、湖州医学与环境应用技术重点实验室（项目编号：HKLMEAT-2024-02）、河南医科大学启动项目资金（项目编号：XYBSKYZZ201907）以及河南省科技重点项目（项目编号：232102310400）的支持。