山东第一医科大学阴军玲副教授 CEJ：用于探索乳腺癌的线粒体极性触发荧光光学

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乳腺癌是威胁全球女性健康最常见的恶性肿瘤之一。乳腺癌的临床诊断主要是结合病理类型和分子分型（免疫组化）。该方法不仅有创，而且不能原位、实时地展现关键生物分子与临床关键信息之间的关系。荧光成像技术灵敏度高，且不过分依赖图像分析，只需相应的荧光分子探针，即可实时、定量或半定量、多通道地得到肿瘤组织分子信息。新的医疗改革正稳步提升人们对高精度医学检测技术的需求，为分子影像探针快速发展奠定了坚实的基础。但目前由于缺乏有效的目标分析物和实时工具，无创研究乳腺癌仍然存在一项艰巨的挑战。

近日，山东第一医科大学阴军玲副教授在《Chemical Engineering Journal》期刊上发表了题为“Mitochondrial polarity-triggered fluorogenic optical agent for exploring breast cancer”的文章（DOI: 10.1016/j.cej.2022.13828）。该工作首次提出将线粒体极性作为潜在指标，并研制了一种安全高效、组织穿透力强的的光学试剂PNN用于监测线粒体极性变化以实现乳腺癌诊断。基于经典的推-拉分子结构策略设计了探针的溶剂化变色性能，并进一步有效地集成了线粒体锚定的靶向模块。探针PNN的荧光被极性特异性激活并表现出高灵敏度，低生物毒性和优异的生物相容性。基于荧光成像技术，PNN以非侵入性方式实现了乳腺癌部位的异常极性水平原位动态监测，并揭示了乳腺上皮组织癌病变中线粒体极性降低的现象。此外，通过研究PNN在小鼠体内的药代动力学，确定了PNN的肝脏代谢途径。该研究不仅推动了无创式乳腺癌诊断进程，而且为乳腺癌新药的开发提供了新的策略。

图.1. PNN结构及检测线粒体极性原理图

图 2. PNN在各种极性溶液中的（A）紫外-可见光谱、（B）荧光光谱、（C）荧光强度和（D）最大发射波长。（E）最大发射波长与E_T(30)间的线性关系。（F）PNN在各种极性溶剂中的荧光量子产率。

图 3.（A）PNN对各种生物相关物种的选择性。（B）PNN在甲醇-甘油系统中的荧光光谱，其中甘油(f_w)的分数从0到99%。（C）PNN在THF和甲醇中的荧光光谱。（D）PNN在不同pH介质中的荧光光谱。（E）PNN在1.4二氧六环和DMSO中的光稳定性。（F）PNN的MTT测试。

图 4 （A）（a）2.0 μM DAPI （λ_ex=404 nm, λ_em=450-500 nm）、（b）1.0 μM Mito-Tracker Green （λ_ex= 488 nm, λ_em= 500-550 nm）、（c）10 μM探针PNN（λ_ex= 561 nm, λ_em= 570-620 nm）共染色的4T1活细胞图像。（d）为（a）、（b）和（c）的合并模式图。（e）红色和绿色通道中细胞的ROI强度分布。（f）两个通道的强度散点图。（B）PNN在4T1细胞中的光稳定性测试。（C和D）PNN在不同时间记录的荧光强度。

图 5 （A）PNN在正常细胞MCF-10A与癌细胞4T1、MCF-7的荧光图像。（B）PNN在正常细胞MCF-10A和癌细胞4T1、MCF-7内的原位光谱。（C）为（A）的平均荧光强度。（D）提出的乳腺癌细胞线粒体极性变化的机制。（氧化磷酸化缩写为OXPHOS）。

图 6 （A）PNN注射后主要器官的荧光成像。（B）(b1) 0 h, (b2) 2.0 h, (b3) 6.0 h, (b4) 10 h, (b5) 24 h 时心脏、肝脏、脾脏、肺和肾脏中PNN的荧光强度。（C）不同时间点PNN在心脏、肝脏和肾脏中的荧光强度。（D）（d1）心脏、（d2）肝脏、（d3）脾脏、（d4）肺和（d5）肾脏的HE染色结果。以正常肝6.0 h的平均荧光强度作为对照值。

图 7.（A）小鼠体内成像设计策略。（B和C）荷瘤小鼠的体重。（D）不同注射时间小鼠的肿瘤大小。（E）PNN注射后肿瘤和对照区荷瘤小鼠的体内荧光成像。（F）为（E）的荧光强度统计结果。用PNN预处理的肿瘤组织（G）和正常组织（H）切片的荧光图像。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722037652

作者简介

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阴军玲，山东第一医科大学骨干学术人才，副教授，硕士生导师，博士后合作导师。研究方向为光功能材料的设计开发与生物成像。重点研究肿瘤、肝损伤相关疾病微环境变化，探究微环境在癌变与肝损伤过程中的发病机制与预警作用