1. 引言
动脉粥样硬化(AS)是动脉的慢性炎症性疾病，是心肌梗死和脑卒中的主要原因之一。AS的评价对人类健康具有重要意义。目前，传统的影像学方法，如血管内超声(IVUS)、核磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)等，更适用于症状明显的患者。荧光成像是一种高分辨观察生物微观结构的有效方法。此外，基于荧光的血管成像可以通过荧光探针与血管中的细胞或生物分子之间的特异性识别和反应来实现。与传统的单光子荧光成像相比，双光子激发荧光显微镜有优越的尺寸分辨率，增强的组织穿透性和小的自身荧光。 因此，开发具有双光子特性的荧光探针对AS的评价具有重要的现实意义。
2. 成果简介
基于以上背景，山东师范大学唐波教授/李平教授课题组报道了一种新型纳米探针PCN@FL来实现早期动脉粥样硬化中磷酸化和次氯酸(HClO)的同时检测和成像。该成果以“Assessing Early Atherosclerosis by Detecting and Imaging of Hypochlorous Acid and Phosphorylation Using Fluorescence Nanoprobe”为题发表在国际权威杂志Advanced Materials上。文章第一作者是山东师范大学博士研究生路君和硕士研究生李宗婴，山东大学齐鲁医院唐越副研究员、山东师范大学张卫教授和唐波教授为论文共同通讯作者。
本文中，我们报道了一种新型纳米探针PCN@FL，PCN@FL对HClO和PO43-的响应具有优异的灵敏度和选择性，这使得PCN@FL能够独立响应HClO和磷酸盐水平变化，可用于监测动脉粥样硬化早期HClO和磷酸盐的波动。实验结果显示，在早期AS老鼠血清中HClO和磷酸盐水平高于正常老鼠。此外，通过双光子荧光显微镜对主动脉内壁成像，发现早期动脉粥样硬化老鼠的HClO和磷酸化水平明显高于正常老鼠。该纳米探针为同时检测和成像HClO和磷酸化水平提供了一种合适的荧光工具，有望用于早期动脉粥样硬化的评估。
3. 图文解说
图1 PCN@FL的形貌表征。(a) PCN@FL在不同pH值(5、6、7、8)下放置3天的X射线衍射(XRD)图。(b) PCN-224的DLS图像。(c) PCN-224的TEM图像。 (d) PCN@FL的TEM图像。 (e) PCN-224的SEM图像。 (f) PCN@FL的SEM图像。
图2 PCN@FL的光学性质。(a, b) PCN@FL的激发和发射光谱。(c, e) PCN@FL (50 μg/mL)对HClO的荧光响应及线性关系，λex= 488 nm。(d, f) PCN@FL (50 μg/mL)对磷酸的荧光响应和线性关系，λex= 417 nm。(g, h) PCN@FL与HClO、磷酸盐等活性物质反应的荧光强度变化: 1, 1O2 (10 μM); 2, O2•-(10 μM); 3, H2O2(100 μM); 4, •OH(100 μM); 5, TBHP(100 μM); 6, Cys (1 mM); 7, Hcy (1 mM); 8, ATP (1 mM); 9, GSH (1 mM); 10, Lys(1 mM); 11, VC(1 mM); 12, NO(1 mM); 13, SO32-(1 mM); 14, HCO3-(1 mM); 15, SCN-(1 mM); 16, SO43-(1 mM); 17, S2O32-(1 mM); 18, HSO3-(1 mM); 19, NO3-(1 mM); 20, I-(1 mM); 21, Br-(1 mM); 22, Na+(1 mM); 23, Mg2+(1 mM); 24, K+(1 mM); 25, Ca2+(1 mM); 26, Al3+(1 mM); 27, Zn2+(1 mM); 28, CO32-(1 mM); 29, PO43-(100 μM); 30, HClO (20 μM).
图3 细胞中HCIO和磷酸盐的荧光成像图。(a) 细胞内HClO (20 µM)成像，λex= 488 nm。(b) 图(a)的相对荧光强度输出。(c) 细胞中磷酸盐 (100 μM)成像，λex= 405 nm。(d) 图(c)的相对荧光强度输出。
图4 动脉粥样硬化老鼠血清检测。(a) 血清胆固醇。(b) 高密度脂蛋白。(c) 低密度脂蛋白。(d) 对照组和模型组老鼠主动脉。(e) 造模后3周、(f) 造模后6周、(g) 造模后9周、(h)造模后12周，对照组和模型组血清中HCIO的荧光光谱。(i) 造模后3周、(j) 造模后6周、(k) 造模后9周、(l) 造模后12周，对照组和模型组血清中磷酸盐的荧光光谱。(m-p)为(e-l)的数据输出。
图5 主动脉内壁HCIO和磷酸盐的活体成像。(a) 正常老鼠和AS老鼠HCIO通道主动脉内壁成像。(b) 正常老鼠和AS老鼠主动脉内壁磷酸根通道成像。(c) (a)的荧光强度数据输出。(d) (b)的荧光强度数据输出。
图6 Wistar老鼠主动脉内壁HClO和磷酸化水平的双光子荧光成像。(a, b) 对照组和AS组Wistar老鼠主动脉内壁的油红O染色图。(c) 正常老鼠和(d) AS老鼠主动脉壁HCIO水平的双光子荧光成像。(e) 正常老鼠和 (f) AS老鼠主动脉壁磷酸化水平的双光子荧光成像。(g) (c、d)的荧光强度输出。(h) (e、f)的荧光强度输出。PCN@FL在早期动脉粥样硬化老鼠主动脉内壁不同深度HCIO水平(i)和磷酸化水平(j)的成像。
4. 总结与展望
本文设计并制备了一种基于MOF的纳米探针PCN@FL，用于同时检测和成像早期AS老鼠模型中的HClO和磷酸化。通过体外和细胞实验验证了PCN@FL良好的荧光检测性能。此外，为了确定PCN@FL评估AS的潜在适用性，作者分别分析了正常和早期动脉粥样硬化老鼠的血清样本。结果进一步证实PCN@FL能够区分正常血清和早期AS血清。此外，通过活体成像和双光子荧光成像对动脉粥样硬化老鼠主动脉壁HClO和磷酸化水平进行分析。结果表明，动脉粥样硬化老鼠的HClO和磷酸化水平明显高于正常老鼠。结合双光子特性，该探针可有效降低生物背景，提高成像灵敏度。该研究为进一步研究AS模型中HClO和磷酸化相关的信号通路和机制提供了一种有前景的荧光工具。
5. 全文链接
全文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202307008
6. TOC
编辑：路君
审核：李玺威
