分享一篇2022年发表在Angew上的文章，题目是“A Ratiometric Photoacoustic Probe with a Reversible Response to Hydrogen Sulfide and Hydroxyl Radicals for Dynamic Imaging of Liver Inflammation”。文章的通讯作者为叶德举，他们设计了一种可逆比值光声(PA)成像探针，PA比值(PA690/PA825)对羟基自由基和硫化氢的氧化还原循环具有可逆开关响应。该探针可以对脂多糖诱导的肝脏炎症和随后N -乙酰半胱氨酸介导的抗炎过程中小鼠氧化还原波动进行无创动态成像。·OH是生物学中公认的最具活性和毒性的活性氧，它几乎可以与所有内源性生物分子发生反应，引起氧化应激。H2S被认为是第三种内源性气体递质，具有很强的还原活性，并发挥广泛的生理和细胞保护功能。·OH和H2S的异常水平与氧化还原功能障碍密切相关，准确检测体内·OH和H2S的波动可以动态监测氧化还原状态，但由于·OH和H2S在生命系统中的高反应性和短暂性，难以实现这一过程。作者合成了一种基于有机π电子结构的小分子EM 1（还原二烯形式），它可以被⋅OH迅速氧化成EM 12+，然后在H2S存在时切换回EM 1（图1a），同时伴随着从浅黄色和紫色的变化。随后作者采用EM 1与带⋅OH和 H2S惰性的近红外半导体聚合物聚(PCPDTBT)共包埋在胶束纳米颗粒中，制备了实现⋅OH和H2S可逆响应率的PA成像纳米探针(1- PAIN)(图1b)。在健康肝脏中，由于肝脏中⋅OH含量较低，则PA690/PA825比值较低。在脂多糖(LPS)诱导的炎性肝脏中，随着炎症过程中肝脏ROS(如⋅OH)水平的上调，1-PAIN被氧化为12+-PAIN，导致肝脏PA690/PA825比值升高。当给抗炎药物N -乙酰半胱氨酸(NAC)治疗肝脏炎症时，NAC通过酰基化酶I迅速代谢为L-半胱氨酸(L-Cys)，随后在炎症肝脏中上调肝胱甘肽-γ-裂解酶(CSE)转化为H2S，使12+-PAIN还原为1-PAIN，导致肝脏中PA690/PA825比值降低(图1c)。图1：可逆比例PA成像探头1-PAIN的一般设计。a） EM 1、EM 12+、PCPDTBT的化学结构。b） 通过DSPE-PEG2000辅助封装EM 1和PCPDTBT制备1-PAIN。c）1-PAIN对脂多糖诱导的肝脏炎症和N -乙酰半胱氨酸诱导的抗炎过程中⋅OH/H2S循环PA成像机制的说明。紫外可见-近红外吸收光谱表明，EM 1和PCPDTBT几乎可以全部加载到1-PAIN中（图2a）。动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）分析表明，1-PAIN以球形纳米颗粒的形式存在，可以很好地分散在水溶液中，平均流体动力学尺寸约为52 nm（图2b和图2c）。与·OH孵育后，690 nm处的近红外吸收显著增加，而825 nm处的吸光度基本无75倍，在825 nm处的PA信号在·OH作用下变化不大，因此，PA690/PA825的比值显著增加了约5倍，可用于生成明亮的比率PA图像(图2e和图2f)。作者通过在1-PAIN溶液中依次加入·OH和H2S，探索了可逆循环的次数，结果表明，PA690/PA825的比例可以重复三次以上，690 - 825 nm之间的吸收(A690/A825)一致，颜色变化可逆。(图2g，图2h，图2i)。
图2：体外1-PAIN的表征。a） EM 1（黑色）、PCPDTBT（蓝色）和 1-PAIN（红色）的归一化紫外可见分光度/近红外吸收（绝对）光谱。b）DLS分析。c）去离子水中1-PAIN的TEM图像。d） 归一化绝对值。e） 归一化 PA 强度。f） 在⋅OH和H2S作用下归一化PA690/PA825比值。 g） 1-PAIN在⋅OH和 H2S诱导氧化还原循环3次后归一化吸收比(A690/A825)。h）比例式 PA690/PA825图像和 i） 归一化 PA690/PA825暴露于⋅OH和H时1-PAIN的比率2S氧化还原循环3次。（h）PA690/PA825比率图像。i)在⋅OH、H2S氧化还原循环3次后，PA690/PA825归一化比值为1-PAIN。1-PAIN孵育的RAW264.7巨噬细胞在690 nm处PA信号较弱，而在825 nm处PA信号较强，可见较暗的PA690/PA825比值图像。加入外源OH(主要是加入Fe2+和H2O2产生)后，690 nm处PA强度逐渐增加，825 nm处PA强度变化不大(图3a)。随着时间的推移，比率PA690/PA825图像变得更亮(图3a和图3b)。作者为了验证1-PAIN是否可以可逆地监测并报告细胞氧化还原状态的内源性·OH/H2S生成。1-PAIN处理后的细胞微球最初表现出较低的PA690/PA825比值。（图3c）将L-Cys添加到LPS处理的细胞中，以清除·OH并生成内源性H2S，发现690 nm通道PA信号明显减少，而825 nm通道PA信号保持不变(图3d)。PA690/PA825比值图像变暗，PA690/PA825比值降低(图3c，图3e)。
图3：a) PA图像。b) 在·OH和H2S氧化还原循环处理RAW264.7细胞后1- PAIN标准化PA690/PA825比值。c) PA图像。d) 690和825 nm处PA强度归一化。e) RAW264.7细胞暴露于LPS和L-Cys后1-PAIN归一化的PA690/PA825比例。作者在LPS诱导的炎症和NAC诱导的抗炎过程中利用1-PAIN监测内源性⋅OH /H2S（图4a）。作者给小鼠静脉注射1-PAIN，等待6 h使其在肝脏内积聚最大，然后腹腔注射LPS或生理盐水，获得PA690/PA825比率图像(图4b)。后续注射LPS后肝脏中PA690信号明显升高，而PA825信号变化不大(图4c和4d)。LPS处理小鼠腹腔注射L-Cys后发现，L-Cys可以增加肝脏H2S生成，并将12+-PAIN减少到1-PAIN，在抗炎过程中NAC可以在肝脏中快速代谢为H2S(图4e)。
图4：LPS诱导的小鼠肝炎及NAC诱导的抗炎过程中肝脏·OH和H2S的PA比率成像。a) 1-PAIN小鼠肝脏·OH和H2S氧化还原循环比率PA成像示意图。b)治疗后小鼠肝脏PA690(绿色)、PA825(红色)和比率PA690/PA825图像。c) PA690强度归一化增强。d) PA825强度归一化增强。e)相应处理后小鼠肝脏ΔPA690/ PA825比值归一化。综上所述，作者设计并合成了第一个用于体内外·OH和H2S氧化还原循环动态监测的可逆比率PA成像探针(1-PAIN)。结果表明，1-PAIN可以快速特异地产生一个可逆的PA690/PA825比值，响应·OH和H2S之间的氧化还原循环，且比值PA690/PA825信号可以在溶液中重复3个周期以上。同时1-PAIN可以动态显示LPS诱导的小鼠肝脏炎症过程中肝脏·OH的生成情况，也可以观察到NAC诱导的抗炎症过程中肝脏H2S的生成情况。原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202209248
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