研究进展：近红外荧光探针具有更大的斯托克斯位移、较高的灵敏度，已成为体内诊断不可或缺的一部分，二氰亚甲基-4H-色烯（DCM）衍生物是荧光探针和纳米递送领域研究的热点，由于硫取代的DCM在发射波长和斯托克斯位移上都更具优势，因此，其更容易设计为近红外（NIR: 650−900 nm）染料，具有渗透率高、自体荧光干扰小、活体成像效果好等优点。半胱氨酸（Cys）是一种含硫的非必需氨基酸，作为谷胱甘肽的关键成分，其参与蛋白质合成、代谢等许多重要的生理过程。此外，它还与脑血管疾病等发生有关，在缺血性中风的情况下，病变部位半胱氨酸浓度会在短时间内升高。然而，目前还没有一种活体成像方法来实时检测组织中半胱氨酸的变化。因此，开发一种能特异性识别半胱氨酸的近红外荧光探针对于准确诊断缺血性中风和其他相关疾病具有重要意义。解决方案：在本文中，作者以苯酚作为电子给体，合成了具有强给电子能力的杂环芳基。将给电子体引入以硫代骨架为电子受体的结构中，合成了S-DCMOH835（图1a），这是一种近红外荧光染料，具有发射波长长、斯托克斯位移大等特点。在此基础上，作者设计合成了一种对GSH和Hcy不产生响应的近红外荧光探针，用于半胱氨酸的特异性检测。将丙烯酸酯基团作为探针的识别位点，巧妙地利用Michael加成反应与半胱氨酸相互作用生成相应的硫醚。随后，通过分子内环合和裂解等过程生成内酰胺类副产物和近红外荧光染料。由于有机小分子探针在水溶液中的溶解性差、易沉淀，存在一定的尾静脉注射风险。为了更好地进行体内成像，将S-DCM-NIR（835）与mPEG2000-DSPE自组装，构建了水溶性纳米探针（S-DCM-NIR（835）NPs（图1b）。皮下和腹部成像实验证实了内源性半胱氨酸的成像，制作的S-DCMNIR（835）NPs被用于实时监测卒中病变（图1c）。结果表明，由于动物模型的不同程度导致半胱氨酸浓度的不同，在不同的缺血性卒中模型中得到的S-DCM-NIR（835）NPs的荧光信号也不同。值得注意的是，重症卒中模型4h的半胱氨酸浓度与Slivka等人报道的浓度基本一致（0.5μM/g），证明了该方法的可靠性。因此，S-DCM-NIR（835）NPs可能是一种准确实时监测体内Cys的方法。![]()
图1：（A）电子给体的设计；（B）S-DCM-NIR（835）NPs合成示意图；（C）缺血性卒中损伤中对半胱氨酸反应的纳米探针S-DCM-NIR（835）NPs示意图。
结论：本文设计合成了两个以硫取代二氰亚甲基-4H-色烯为电子受体的化合物（S-DCM），化合物S-DCM-OH是一种基于杂环己烯电子给体的近红外染料。基于该染料设计的Michael加成反应探针不仅具有较大的斯托克斯位移，而且对半胱氨酸具有灵敏的干扰抑制响应。该探针被成功地用于活体细胞内源性半胱氨酸的成像。在组装成纳米探针后，它还对半胱氨酸进行了特异性反应。因此，本文作者设计的S-DCM-NIR（835）NPs有望被开发成半胱氨酸相关疾病的近红外荧光探针。参考文献：Yuesong Wang et al. A Near-Infrared Fluorescent Dye with Tunable Emission Wavelength and Stokes Shift as a High-Sensitivity Cysteine Nanoprobe for Monitoring Ischemic Stroke. ACS Nano. 2024, 18, 15978−15990.
