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近日，湖南大学化学化工学院袁林教授、任天兵副教授课题组构建了一种新型激活型近红外二区（NIR-II）探针平台分子ZJ-HD3。通过引入生物酶底物修饰染料上的羟基光学调控基团，可灵活衍生出多种激活型NIR-II探针，如亮氨酸氨肽酶（LAP）、碱性磷酸酶（ALP）及β-半乳糖苷酶（β-Gal）荧光探针。利用这些特异性激活探针，该团队成功在小鼠模型中实现了多种疾病的特异性成像与精准诊断。这些结果表明，染料ZJ-HD3具备作为通用激活型NIR-II探针平台的潜力，为活体水平疾病的早期检测与病理机制研究提供有力工具。

背景介绍：

酶在多种生化反应中发挥核心调控作用，广泛参与维持机体生理稳态，在生物医学研究与临床诊断中具有重要意义。精确监测酶活性不仅有助于揭示疾病发生发展的分子机制，也为疾病诊断与疗效评估提供了关键依据。其中，基于小分子染料的荧光探针，尤其适用于在复杂生物体系中追踪酶促反应的小分子荧光探针因其出色的生物安全性和特异性深受研究工作者青睐。相较于“常亮”型荧光探针，酶激活型荧光探针依赖靶酶特异性触发产生荧光信号，可有效降低背景干扰、提升成像对比度。然而，目前大多数酶激活型探针采用可见光（400–700 nm）或近红外一区（NIR-I, 700–900 nm）荧光团，这些波段在组织穿透深度和信噪比方面存在局限。近红外二区（NIR-II, 1000–1700 nm）小分子荧光团具有低自发荧光、弱光散射与强组织穿透性的优势，显著提升了深部组织成像质量，为精准诊断提供了新机遇。然而，目前由于报道的NIR-II荧光探针都大多数具有大的分子结构和差的水溶性，导致这些探针只能应用于pH、活性氧（ROS）、活性硫（RSS）和活性氮（RNS）等小分子生物标志物的检测，针对酶特异性激活的NIR-II荧光探针报道相对有限。因此，亟需构建新型NIR-II染料分子平台，以开发高性能的酶激活型NIR-II荧光探针。

本文亮点：

基于课题组前期开发的荧光团HD4，本文设计并合成了结构优化的新型NIR-II染料分子平台。通过对前体染料结构的逐步优化和水溶性提升，该团队成功制备了在水溶液中具有良好NIR-II荧光特性的系列NIR-II染料ZJ-HDs，同时ZJ-HDs系列染料保留了HD4染料优良的光学调控能力。基于此平台，该团队通过羟基化修饰进一步构建了多种酶特异性激活NIR-II荧光探针（图1）：如LAP荧光探针、ALP荧光探针及β-Gal荧光探针。这些探针分别成功应用于骨质疏松、肝损伤以及癌症模型中相关酶的高特异性和高信噪比成像，为活体中相关疾病的精准检测和病理机制研究提供有力的分子工具。

总结与展望：

综上所述，本研究设计并合成了一系列光学可调的NIR-II染料ZJ-HDs。其中，ZJ-HD3展现出优异的光物理性能，包括良好的水溶性、合适的pKa值、优异的化学/光稳定性以及高荧光量子产率。此外，ZJ-HD3作为多功能酶激活型骨架，成功用于开发多种酶激活NIR-II荧光探针，实现了在小鼠模型中多种疾病的实时、高对比度和高特异性成像。以上数据表明，ZJ-HD3染料可成为设计酶激活NIR-II荧光探针的通用平台，在分子诊断及病理过程的空间分辨动态成像中具有广阔应用前景。

上述研究工作以Research Article的形式发表于CCS Chemistry，论文第一作者为湖南大学毕业生秦作佳博士和在读博士研究生赵欣雨，通讯作者为湖南大学袁林教授、任天兵副教授、周军亮博士。该工作得到了国家自然科学基金、湖南省科技创新计划、湖南省自然科学基金、湖南省重点研发基金等项目资助。

文章详情：

Developing Enzyme Activatable Second Near-Infrared Fluorescent Probes for High-Fidelity Disease Diagnosis in Vivo

Zuojia Qin†, Xinyu Zhao†, Yuxin Xie, Junliang Zhou*, Tian-Bing Ren* and Lin Yuan*

Cite this by DOI: 10.31635/ccschem.025.202505932

文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202505932

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原标题：《【CCS Chem.】湖南大学袁林、任天兵课题组：开发酶激活型近红外二区荧光探针用于活体疾病诊断》