郭子建、何卫江团队JACS：内源性硫化氢的荧光/光声双模式比例成像

在分子和细胞层次对生理过程进行表征和跟踪的分子影像技术为阐明各种生理和病理过程提供新的技术支持，为精准医疗和个性化治疗带来了希望。活体中信号小分子具有变化快、水平低、局域分布等特点，其水平变化与其生理功能密切相关，因此发展在活体中有效跟踪其水平变化的分子影响技术具有重要意义。与核素成像（如PET和SPECT）、磁共振成像等技术相比，光学发光成像（荧光/磷光和生物发光成像）在响应速度、灵敏度和空间分辨率等方面显示了自身特点和优势，为生命体系低浓度信号小分子的原位跟踪提供了新选择。光声成像具有优于光学发光成像的组织成像深度，可弥补光学成像的不足，而光学成像则可提供更高的灵敏度。因此荧光/光声双模式分子成像技术有望在灵敏度、时空分辨率和成像深度等指标方面实现优势互补，有望对活体中信号小分子实现更为有效可靠的跟踪。

硫化氢是继一氧化氮和一氧化碳后发现的第三个生命体系气体信号分子，在其细胞层次荧光成像快速发展的基础上，其活体荧光成像仍受到探针分布变化、成像参数、组织差异和位置异动等因素的严重限制。近期，南京大学化学化工学院郭子建（点击查看介绍）、何卫江（点击查看介绍）研究团队和上海师范大学的杨仕平教授（点击查看介绍）合作报道了一种可用于信号小分子硫化氢活体成像的荧光/光声双模式比例成像探针，并且实现了对S-腺苷甲硫氨酸刺激后小鼠肝脏硫化氢水平上调的有效成像。

本项工作以近红外染料七甲川菁为信号团设计合成了探针HS-CyBz。光谱研究发现该探针的最大吸收与最大发射都已进入近红外区域。硫化氢不仅可促使探针在805 nm处荧光发射下降并伴随着630 nm处发射的增强，实现探针对硫化氢的荧光比率响应，同时也导致探针在825 和775 nm不同激发通道中光声信号比PA₈₂₅/PA₇₇₅显示近2倍的增强。进一步通过活体成像实验证实了HS-CyBz可以对小鼠皮下硫化氢变化实现双通道比例荧光成像，同时还实现了小鼠体内硫化氢的首例光声比例成像。对硫化氢的两种比例成像研究表明比例成像模式可有效克服组织中探针浓度差异和变化的干扰，显示比单通道增强成像模式更为可靠的硫化氢成像能力。

S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine, SAM）存在多样的生化作用，主要作用于肝脏，在肝病、抑郁症等治疗方面显示良好作用。利用HS-CyBz的成像能力，研究发现小鼠尾静脉注射该探针可导致探针在小鼠肝脏部位富集。通过荧光/光声成像检测进一步发现小鼠注射SAM可诱导小鼠肝脏的内源性硫化氢水平明显上调。作为第一例荧光/光声双模式比例计量型硫化氢探针，该探针的成像性能显示发光/光声双模式比例成像是信号分子活体跟踪的可靠手段，为进一步发展信号小分子的活体成像跟踪技术提供了新选择。

该项研究工作在J. Am. Chem. Soc. 发表，博士生陈忠研为文章的第一作者，郭子建院士（南京大学）、何卫江教授（南京大学）和杨仕平教授（上海师范大学）为文章的共同通讯作者。特别感谢国家自然科学基金、南京大学配位化学国家重点实验室、南京大学公共仪器中心以及上海师范大学等给予的资助和支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

An Optical/Photoacoustic Dual-Modality Probe: Ratiometric in/ex Vivo Imaging for Stimulated H₂S Upregulation in Mice

Zhongyan Chen, Xueling Mu, Zhong Han, Shiping Yang, Changli Zhang, Zijian Guo, Yang Bai, Weijiang He

J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 17973-17977, DOI: 10.1021/jacs.9b09181

导师介绍

郭子建

https://www.x-mol.com/university/faculty/11597

何卫江

https://www.x-mol.com/university/faculty/11502

杨仕平

https://www.x-mol.com/university/faculty/12699