探究多重響應分子熒光探針與細菌感染之間的關系

　　當前，新型病原體的不斷進化以及抗生素耐藥性的廣泛傳播，使得細菌感染仍然是威脅人類健康的主要疾病之一。研究人員已發現炎癥反應，免疫激活等因素都參與了感染的發病。在感染相關的各種生物因子中，細菌誘導巨噬細胞產生的活性氧（ROS）和活性氮（RNS）自由基在感染介導的炎癥級聯反應，及其引發的內在殺菌效應方面起到重要作用。其中，ROS（O₂?-, ?OH, H₂O₂）主要來源于細胞內NADPH氧化酶及線粒體呼吸鏈，而RNS（NO, ONOO?）則源于一氧化氮合酶（NOS）激活。

　　早期研究細菌感染刺激生物體產生活性自由基的異常變化，主要依靠常規的組織學或生化測試等終點分析方法(EPA)，但這些策略在實時監測感染狀態和病理演變之間的關系上存在局限。因此，非常需要簡單、安全并且有效的方法能夠為精準的感染診斷和治療干預提供依據。

　　值得注意的是，近年來光學影像技術用于檢測活性自由基表現出很好的靈敏度和特異性，并在理解細菌感染伴隨的氧化應激機制方面取得了不錯的進展。但是，關于感染病理機制，宿主免疫激活和多自由基（RONS）之間的實質相關性的問題，目前還缺乏有效的手段去揭示。

　　針對這一問題，新加坡南洋理工大學邢本剛教授課題組近日取得了重要進展。通過巧妙地組合不同類型自由基敏感的近紅外熒光分子，該課題組設計并合成了一種雙波長多重信號反向響應的花菁二聯體分子探針（HCy5-Cy7），用于在體外和活體小鼠中實時監測細菌感染過程中ROS和RNS的變化。細菌感染過程中，炎癥相關的ROS（O₂?-或?OH）過量產生，從而將HCy5-Cy7的還原型花菁部分（HCy5）氧化成共軛的Cy5，特異性地在660 nm處發出熒光。而RNS（如ONOO-）的產生會降解Cy7結構，從而導致800 nm處的熒光消失。這種獨特的多光譜通道信號響應使得HCy5-Cy7能夠同時研究RONS，并且可以將氧化/硝化應激的變化與體外及體內細菌感染的致病機制相關聯。

　　實驗結果表明，該花菁二聯體熒光分子探針HCy5-Cy7在溶液中對ROS和RNS表現出優越的區分能力，同時在不同波長下的信號變化呈相反的趨勢，進一步增加了檢測的準確性。另外，HCy5-Cy7能夠有效地對細胞內源性多自由基的產生進行共聚焦成像分析。在進一步的體外及體內細菌感染模型中，此多重響應探針分子驗證了不同革蘭氏陽性、陰性細菌感染狀態下的RONS演化動態差異，以及不同感染階段的多自由基變化趨勢。

　　總體而言，這項研究為理解氧化/硝化應激與細菌感染發病機理，以及宿主防御應答之間的內在聯系提供了新的視角，將有助于當前以影像學為指導的精準醫學在對抗感染疾病方面的診斷及應用。