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【Anal. Chem.】近红外荧光探针揭示急性酒精性肝损伤期间线粒体粘度升高的现象 ​

总结 ​

本研究主要报道了一种新型的近红外荧光探针ICQ，它能够揭示酒精性肝脏损伤（AALI）过程中肝脏和线粒体粘度的升高，为AALI的非侵入性检测和实时监测提供了新的方法。

摘要 ​

在近期的研究中，研究人员开发了三种线粒体靶向的荧光探针ICR、ICJ和ICQ，用于酒精性肝脏损伤（AALI）的检测。这些探针通过与线粒体靶向组分结合，形成了电荷转移结构，能够在高粘度环境下显示出强烈的荧光响应。其中，ICQ探针尤其突出，它展现了近红外荧光（740 nm）和大斯托克斯偏移（110 nm），以及对粘度的高度敏感反应（在水到甘油的粘度范围内，荧光增强73倍），使其非常适合于体细胞和活体成像。实验结果表明，ICQ能够有效地映射细胞中线粒体粘度的变化，并且在小鼠模型中，ICQ能够特异性定位到肝脏并非侵入性地监测AALI过程中的粘度变化。通过建立AALI小鼠模型，研究人员成功地应用ICQ进行了肝脏粘度变化的成像研究，结果显示AALI小鼠的肝脏粘度显著升高，证明了粘度可以作为AALI的生物标志物，而ICQ作为一个灵敏且非侵入性的工具，对于AALI的检测和评估具有重要意义。此外，研究还发现线粒体粘度在发热和铁死亡过程中也发生变化，进一步证实了ICQ在细胞程度和活体成像中的应用潜力。

观点 ​

线粒体粘度作为AALI的潜在生物标志物 ​

  • 研究表明，线粒体粘度在AALI过程中发生显著变化，这可能与肝脏细胞结构和功能的改变有关。通过使用ICQ探针，研究人员能够在小鼠模型中实时监测这种粘度变化，为AALI的早期诊断和治疗提供了新的视角。 图 1. 不同溶剂中 (A)ICR、(B) ICJ 和 (C) ICQ 的吸收光谱以及 (D)ICR、(E) ICJ 和 (F) ICQ 的荧光光谱。

ICQ探针的独特优势： ​

  • ICQ探针具有近红外荧光和大斯托克斯偏移，这使得它在成像中具有更高的灵敏度和更低的背景噪声。此外，ICQ对甘油的响应不受pH值变化的影响，表明它对生物系统中的粘度变化具有高度的选择性。

图 2. 10 μM 的 (A) ICR（λex = 580 纳米）、(B) ICJ（λex = 600 纳米）和 (C) ICQ（λex = 630 纳米）在甘油含量（VGly%）从 0 到 100%不断增加的水中的荧光光谱，25 °C。 (D-F）ICR、ICJ 和 ICQ 的对数 I 与对数 η 之间的线性关系。

ICQ在细胞和活体成像中的应用： ​

  • 研究中的实验证明了ICQ在细胞层面上能够精确地定位到线粒体，并且在小鼠模型中能够特异性地成像肝脏组织，这表明ICQ可以在多个层面上应用于疾病的诊断和研究。 图 3. 商业细胞器染料与 ICQ 在 HeLa 细胞中的共聚焦图像和共聚焦散点图。 (A1-D1)MTG（200 nM）和 ICQ（500 nM）；(A2-D2)Hoechst 33342（5 μg/mL）和 ICQ（500 nM）；(A3-D3)LTG（200 nM）和 ICQ（500 nM）；(A4-D4)BODIPY 493/503（200 nM）和 ICQ（500 nM）。

AALI的成像和评估： ​

  • 通过对比健康小鼠和AALI模型小鼠的肝脏荧光强度，研究人员发现AALI小鼠的肝脏粘度显著升高。这一发现为AALI的成像评估提供了一个新的工具，并且有助于更好地理解AALI的病理生理学。 图 4. ICQ 对 HepG2 细胞线粒体粘度变化的成像。 作为对照组，细胞（A1-A3）用 500 nM ICQ 染色 20 分钟；细胞（B1-B3）用 10 μM Mon 预孵育 1 小时，然后用 500 nM ICQ 染色 20 分钟；细胞（C1-C3）用 10 μM Nys 预孵育 1 小时，然后用 500 nM ICQ 染色 20 分钟；细胞（D1-D3）用 LPS（100 μg/mL）预孵育 1 小时，然后用 500 nM ICQ 染色 20 分钟。 (E) 相对荧光强度。

线粒体粘度在其他细胞过程中的作用： ​

  • 除了AALI之外，线粒体粘度还与其他细胞过程如发热和铁死亡有关。这表明ICQ探针不仅可以用于AALI的研究，还可以应用于其他与线粒体功能改变相关的疾病的研究。 图 5：（A）小鼠在注射（a）水（100 μL，10% DMSO）作为空白，（b）PBS 12 小时后注射 ICQ（100 μL，100 μM，10% DMSO 水溶液），以及（c）LPS（2 mg/mL）12 小时后注射 ICQ（100 μL，100 μM，10% DMSO 水溶液）后不同时间的荧光图像。 (B) 小鼠器官的荧光图像。 (C）肝脏的平均荧光强度（n = 3）。

参考文献 ​

Tan, X.; Hong, J.; Jiang, S.; Zhang, S.; Chen, Y.; Feng, G. Near-Infrared Fluorescent Probe Reveals Elevated Mitochondrial Viscosity during Acute Alcoholic Liver Injury. Anal. Chem. 2024, acs.analchem.4c02743. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c02743.