阿尔茨海默病（AD）是一种不可逆的、伴有进行性记忆障碍的神经退行性疾病，目前尚无有效治疗药物。AD涉及多种病理因素，它们之间密切协作，形成相互作用网络，共同推动AD的发生和发展。因此，对多种病理因素进行同时监测对于阐明它们的水平波动和复杂的相互作用具有重要意义。然而，由于缺乏能够区分且同时成像多种病理因素的单分子荧光探针，此类研究仍然存在巨大挑战。为解决上述问题，山东师范大学唐波教授和王栩教授课题组设计合成了一种单分子荧光探针BTNPO，用于区分和同时成像AD的两种关键病理因素——β淀粉样（Aβ）斑块和过氧亚硝酸根（ONOO−）。作者将一种新型ONOO−识别基团装配到可与Aβ斑块结合的荧光团上，合成了双功能荧光探针BTNPO。该探针实现了对Aβ斑块和ONOO−的双通道荧光响应且无光谱串扰，从而能够通过两个独立荧光通道对活细胞和脑组织中的Aβ斑块和ONOO−进行荧光成像。
图 1. 探针BTNPO对Aβ斑块和ONOO−的双通道荧光响应。
作者利用该探针，通过双光子成像技术，在活细胞和小鼠模型中通过蓝色和绿色荧光通道同时监测到Aβ斑块和ONOO−的分布和水平波动，并揭示了二者在AD发生发展过程中的密切相关性。Aβ刺激神经元使RAGE表达上调，而RAGE与Aβ聚集体结合后，触发下游信号通路，NOX和NOS均被激活而产生过量的O2•−和NO，最终导致ONOO−水平上调。另一方面，高水平ONOO−导致Aβ酪氨酸残基硝基化，从而加速Aβ聚集和斑块的形成。两个与AD相关的关键过程，ONOO−应激和Aβ聚集通过正反馈机制相互放大，共同推动AD的发生和发展。上述发现可能有助于AD发病机制的阐明和多靶点药物的研发。此外，通过对Aβ斑块和ONOO−水平的同时成像, 作者发现转基因小鼠脑内ONOO−应激比Aβ斑块出现得更早，是一种潜在的AD生物标记物，这可能为AD的早期诊断提供新的思路。
图 2. 探针BTNPO对野生型和AD转基因小鼠脑内Aβ斑块和ONOO−进行双通道双光子荧光成像。综上，作者开发的双功能荧光探针BTNPO可用于研究Aβ斑块和ONOO−之间的相互作用，这将有助于阐明AD复杂的分子发病机制，进而研发有效的多靶点治疗药物。本工作为今后合理设计单分子荧光探针，并用于同一疾病中多种病理因素的同时成像研究，提供了有价值的参考。相关工作近期发表在Analytical Chemistry上，文章的第一作者是青年教师解希雷和博士研究生刘光照。https://pubs.acs.org/10.1021/acs.analchem.1c03334DOI: org/10.1021/acs.analchem.1c03334