硫取代半菁纳米传感器：通过半胱氨酸检测实现糖尿病肝功能障碍的无创评估

本文开发了一种硫取代半菁纳米传感器（S-Nanoprobe），通过特异性识别半胱氨酸（Cys）产生近红外光声信号，实现了糖尿病肝功能障碍的无创监测。该探针具有0.12 μM的检测限和优异的选择性（不受同型半胱氨酸或谷胱甘肽干扰），在链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠中成功追踪了肝脏Cys动态变化，为糖尿病肝病的早期评估提供了新型分子成像工具。

　　

Highlight

我们设计的基于硫取代半菁染料的半胱氨酸激活光学探针（S-HD-Cys）通过质谱（MS）和核磁共振氢谱（¹H-NMR）验证了结构（图S1-S3）。硫原子取代显著提升了振动弛豫效率，使光声信号强度达到氧取代类似物的3.2倍（图1b）。探针在0-50 μM范围内与Cys浓度呈线性响应（R²=0.997），检测限低至0.12 μM，且对同型半胱氨酸（Hcy）和谷胱甘肽（GSH）无交叉反应（图1c-e）。

Results

在糖尿病小鼠模型中，静脉注射的S-Nanoprobe通过EPR效应富集在肝脏，光声信号显示糖尿病组肝脏Cys水平显著高于对照组（p<0.01），而二甲双胍治疗组呈中间值（图2a-d）。组织学分析证实Cys积累程度与肝损伤严重程度正相关（图2e）。体外实验表明探针可穿透肝细胞膜，在5分钟内完成Cys响应（图3）。

Discussion

该技术突破了传统检测需破坏组织的局限，首次实现了活体肝脏硫醇代谢的纵向监测。硫取代策略为开发高性能分子探针提供了新思路，其生物相容性和信噪比优势（S/N>15）具有临床转化潜力。

Conclusion

硫取代半菁纳米探针为糖尿病肝病研究提供了革命性工具，其模块化设计可拓展至其他硫醇代谢相关疾病（如阿尔茨海默病和癌症）的分子成像研究。