内容提要
本文分别引入不同的电子受体合成了四种直接发射近红外光的 Schaap 化学发光团（AINCL、AIFCL、ABTCL 和 APYCL），并研究了受体对化学发光团光学性质的影响。为实现对硫化氢（H2S）相关疾病的特异性检测，我们使用可被H2S裂解的 2,4 - 二硝基苯磺酸酯将化学发光团中的酚羟基保护起来。炎症和肿瘤中的内源性H2S能够高效且特异地激活化学发光，这在化学发光成像中能够精确地定位病灶，从而让我们可以进行手术切除。
合成与光物理性质
1 -（二氰基亚甲基）-3 - 茚满酮、2 -（5,6 - 二氟 - 2,3 - 二氢 - 3 - 氧代 - 1H - 茚 - 1 - 亚基）丙二腈、2 -（1,1 - 二氧化苯并 [b] 噻吩 - 3（2H）亚基）丙二腈和 4 - 二氰基亚甲基 - 2,6 - 二甲基 - 4H - 吡喃，通过 Knoevenagel 反应与羟基苯甲醛金刚烷 - 2 - 亚基共轭。酚羟基通过与 2,4 - 二硝基苯磺酰氯反应，被可被H2S裂解的 2,4 - 二硝基苯磺酸酯保护起来。最后，以亚甲基蓝为光敏剂，对相应的烯烃进行光氧化反应形成二氧杂环丁烷，得到 AINCL、AIFCL、ABTCL 和 APYCL。我们通过纳米沉淀法用两亲性聚合物 DSPE - \(PEG_{2000}\)对它们进行亲水性修饰。这样，形成了水分散性的化学发光纳米颗粒（NPs），并分别命名为 AINCL NPs、AIFCL NPs、ABTCL NPs 和 APYCL NPs。经测量，AINCL NPs、AIFCL NPs、ABTCL NPs 和 APYCL NPs 中化学发光团的负载量分别为 5.8 wt%、5.5 wt%、5.8 wt% 和 6.0 wt%，包封率分别为 92%、88%、92% 和 95%。通过透射电子显微镜（TEM）观察，所有的纳米颗粒都近似球形，AINCL NPs、AIFCL NPs、ABTCL NPs 和 APYCL NPs 的平均直径分别约为 40.5、42.6、36.7 和 39.4 nm。通过动态光散射（DLS）测定，它们的平均流体动力学直径分别约为 66.2、68.1、63.7 和 65.9 nm。
对化学发光团及其相应纳米颗粒的光学性质以及对硫氢化钠（NaHS）的响应性进行了测量和比较。在没有 NaHS 的情况下，所有化学发光团的化学发光都很微弱，因为它们处于封闭状态。加入 NaHS 溶液后，它们开始发光，AINCL、AIFCL、ABTCL 和 APYCL 的最大发射波长分别为 636nm、643nm、655nm 和 666nm。AINCL、AIFCL 和 ABTCL 发射光的红移逐渐增大，这应归因于其受体吸电子能力的逐渐增强。APYCL 在四种化学发光团中发射波长最长，这是由于供体和受体之间共轭双键的增加。与 AINCL、AIFCL、ABTCL 和 APYCL 相比，相应纳米颗粒的发射峰红移至 663nm、672nm、678nm 和 706nm，并且在含有 100μM NaHS 的磷酸盐缓冲盐水（PBS）中，发射强度分别是化学发光团的 74 倍、73 倍、72 倍和 83 倍。在 100μM NaHS 存在的情况下，AINCL NPs、AIFCL NPs、ABTCL NPs 和 APYCL NPs 化学发光的半衰期分别约为 16.3 分钟、15.5 分钟、15.0 分钟和 14.2 分钟，这对于体内实时成像来说足够长。高效液相色谱（HPLC）分析清晰地反映了化学发光团的高纯度和完全响应，因为所有样品的 HPLC 曲线均呈现单峰模式。我们进一步研究了 AINCL NPs、AIFCL NPs、ABTCL NPs 和 APYCL NPs 的响应特异性。所有纳米颗粒对活性氧（ROS；¹O₂、O₂⁻、OONO⁻、ClO⁻、OH 和 H2O2）、金属离子（Ca²⁺、Fe²⁺和 Mg²⁺）以及生物硫醇（L - 半胱氨酸、谷胱甘肽和同型半胱氨酸）的响应都很微弱，这表明它们对 H2S 具有高选择性。
细胞内化学发光成像
我们研究了 MCF-7、MCF-10A 和 4T1 细胞内源性硫化氢（H2S）对 APYCL 纳米颗粒化学发光的激活作用。为此，将细胞与 5μM 的 APYCL 纳米颗粒在 96 孔板中共孵育 15 分钟，然后使用 IVIS 成像系统进行成像。化学发光激活与细胞内H2S的表达水平呈正相关。由于 MCF-7 和 4T1 癌细胞中H2S的高表达，它们比 MCF-10A 细胞表现出更强的化学发光信号。就 MCF-10A 细胞而言，由于H2S水平较低，其化学发光较弱。通过 IVIS 成像系统测量，MCF-7 和 4T1 细胞的信噪比分别为 73 和 90，分别是 MCF-10A 细胞（1.6）的 45.6 倍和 55.9 倍。
体内成像
我们再次研究了 APYCL 纳米颗粒化学发光的组织穿透能力，方法是检查化学发光信号是否能穿透小鼠身体。为此，在添加 NaHS 后，将装有 APYCL 纳米颗粒水溶液的 0.2 mL 离心管放置在小鼠大腿下方，分别以化学发光和荧光模式进行成像。值得注意的是，从小鼠上方检测到了强烈的化学发光信号，且管形边界清晰，而 APYCL 纳米颗粒的荧光信号几乎无法与背景区分开来，这证实了化学发光模式具有更高的成像深度和分辨率。
炎症的化学发光成像
APYCL 纳米颗粒化学发光的高组织穿透性和低硫化氢检测限，促使我们尝试通过化学发光成像检测生物体内的内源性硫化氢。我们通过在每只小鼠的左后肢肌肉注射脂多糖（LPS，5.0mg/kg，溶解于 PBS），同时在右后肢注射等体积的 PBS，建立了炎症小鼠模型。建模 6 小时后，在 LPS/PBS 处理部位局部注射溶解于 PBS 的 APYCL 纳米颗粒（25μL，50μM），然后分别以化学发光和荧光模式对小鼠进行成像。炎症部位的 APYCL 纳米颗粒发出强烈的化学发光，信噪比达到 55，而 PBS 处理部位则检测不到任何化学发光，这表明内源性硫化氢对化学发光的激活高效且具有特异性，正常组织无法激活 APYCL 纳米颗粒的化学发光。在荧光成像中，APYCL 纳米颗粒的信号受到背景信号的强烈干扰，导致炎症边界难以区分，信噪比仅为 1.9。上述结果证实了 APYCL 纳米颗粒在通过化学发光成像检测内源性硫化氢方面表现出色。
我们进一步探究了 APYCL 纳米颗粒在诊断炎症性肠病（IBD）方面的应用潜力。为构建 IBD 小鼠模型，我们进行了 LPS 灌肠。向 IBD 小鼠腹腔注射溶解于 PBS 的 APYCL 纳米颗粒（50μL，50μM）后，以健康小鼠为对照，分别进行荧光和化学发光成像。与健康小鼠几乎检测不到化学发光的情况不同，IBD 小鼠体内检测到强烈的化学发光信号，这证实了化学发光成像具有高特异性，在健康小鼠体内不会产生假阳性信号。为验证 APYCL 纳米颗粒在手术中按需报告炎症位置的能力，我们在麻醉状态下打开 IBD 小鼠的腹腔并进行成像。由于组织自发荧光的严重干扰，荧光成像无法精确确定炎症位置。相比之下，化学发光成像能够更准确地识别炎症区域，这得益于炎症部位内源性硫化氢对化学发光的特异性激活。通过组织学检查，我们证实了 IBD 小鼠中发出化学发光信号的肠道组织确实存在炎症。
结论
我们分别引入不同的电子受体，合成了四种直接发射近红外光的 Schaap 化学发光团（AINCL、AIFCL、ABTCL 和 APYCL），并研究了受体对化学发光团光学性质的影响。为实现对硫化氢（H2S）相关疾病的特异性检测，我们使用可被H2S裂解的 2,4 - 二硝基苯磺酸酯将化学发光团中的酚羟基保护起来。在生物应用方面，我们用 DSPE-PEG2000 包裹疏水性的化学发光团，制备出水分散性的纳米颗粒。APYCL 纳米颗粒的化学发光能够被炎症和肿瘤中的内源性H2S高效且特异性地激活。以 APYCL 纳米颗粒作为造影剂的化学发光成像，与荧光成像相比，展现出显著更高的组织穿透性和信噪比，能够精确定位病灶，进而让我们可以实施手术切除。
参考文献
H2S-ActivatedNear-InfraredEmissionChemiluminescentProbesforPreciseDiagnosisofInflammationsandTumors， MengkeLiang， Ling’eZhang， BoYu，ZiruiGeng，HuazhenGe，YingSun ，LuyuLiu，XiqunJiang ，WeiWu， Aggregate,2025;0:e742，https://doi.org/10.1002/agt2.742
