类风湿关节炎(Rheumatoid Arthritis, RA)是一种以侵蚀性关节炎为特征的自身免疫性疾病，其病理基础为滑膜炎。RA的全球患病率约为0.5%至1%，其中80%的患者为女性。风湿性关节炎的早期表现为关节僵硬、肿胀和疼痛，严重者可导致死亡。到目前为止，RA很难完全治愈，但早期诊断和规范治疗可以有效的缓解症状。与其他类型的炎症不同，RA关节的pH值低于关节周围的正常组织，即发病环境是酸性的，pH值为4.7-6.8。另外，研究表明氧化应激是RA的一个显著特征。在RA早期主要表现为活性氧(ROS)水平升高，是临床诊断RA的潜在生物标志物。过氧亚硝酸盐(ONOO^-)是ROSs的重要成员，广泛存在于生物体内，参与多种生理过程。ONOO^-直接参与了RA患者的组织损伤，因此在酸性条件下准确追踪ONOO^-的表达对RA的诊断具有重要意义。

基于上述考虑，云顶国际集团张鹏、丁彩凤课题组在前期有关荧光传感的研究基础上(Anal. Chem., 2021, 93, 11337; Anal. Chem., 2021, 93, 16581; ACS Sen., 2021, 6, 1138; ACS Sen., 2021, 6, 4225; Chem. Commun., 2020, 56, 6380)，通过缩合反应将部花菁基团共轭修饰于罗丹明结构上，制备了一种溶酶体靶向性近红外(NIR)荧光受体Lyso-Cy。探针结构中的螺内酰胺键具有独特的pH敏感性，在pH较低的酸性条件下螺环可被打开，并于745 nm处产生显著的近红外荧光发射，而在碱性和中性介质中螺环结构保持闭合，具有相对较低的荧光背景。研究发现，该探针的pH响应范围(pH约为3.5-5.5)与溶酶体酸度(pH 4.0-5.5)高度吻合，可以更精准的定位溶酶体。在溶酶体酸性环境中，部花菁盐的二烯键可被ONOO^-氧化断裂，致使745 nm处的近红外荧光降低，并在505 nm处出现新的绿色发射。该探针实现了溶酶体中特定酸度范围内ONOO^-的比率检测与定位，可用于区分正常溶酶体和ROS (ONOO^-)高表达的病变溶酶体。

图1 Lyso-Cy对H⁺和ONOO^-的传感机制以及在活细胞和RA小鼠模型中的荧光成像示意图。

此外，由于探针Lyso-Cy工作的酸度范围与关节炎关节部位的pH值相匹配，我们还在小鼠关节炎模型上进行了成像研究。结果显示这种pH-ROSs双重控制的荧光探针也适用于关节炎的比率型荧光成像，表现出在早期RA诊断和临床治疗监测中的潜在应用价值。

相关结果近期发表在ACS旗下的Analytical Chemistry，研究工作由云顶国际集团研究生陈文娟、刘海红等完成。

论文信息：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.2c04175

pH-Switched Near-Infrared Fluorescent Strategy for Ratiometric Detection of ONOO^– in Lysosomes and Precise Imaging of Oxidative Stress in Rheumatoid Arthritis.

Wenjuan Chen, Haihong Liu, Fuxiang Song, Liantao Xin, Qian Zhang, Peng Zhang and Caifeng Ding

Anal. Chem. 2023, 95, 1301-1308.