分享一篇发表在Analytical Chemistry上的文章，题目为：Orthogonal NIR/Ratiometric Probe for Simultaneous Imaging of NO and ATP in Acute Lung Injury: Elucidating Metabolic Dysregulation and Therapeutic Screening。本文通讯作者是兰州大学的郭文婷和汪宝堆教授，其中，汪老师主要的研究方向是生物无机化学，重点关注：1）智能纳米探针合成及生物应用；2）具有多模态分子影像和多功能靶向精准治疗功能的配位聚合物合成。

急性肺损伤（ALI）及其重症形式急性呼吸窘迫综合征（ARDS）死亡率高达30-40%，其病理机制涉及线粒体功能障碍和代谢紊乱。一氧化氮（NO）作为氧化还原信号分子，可通过靶向线粒体呼吸链复合物I和IV以及破坏TCA循环中顺乌头酸酶的Fe-S簇，抑制ATP合成。然而，由于缺乏能够同时可视化NO和ATP的分子工具，两者在ALI进程中的动态互作关系一直难以直接观测。

为解决这一难题，作者设计合成了线粒体靶向的近红外荧光探针ANRC。该探针以二乙烯三胺为骨架连接罗丹明B（RhB）和花菁染料。其设计精妙之处在于：ATP诱导RhB螺环打开，在586 nm处产生"turn-on"荧光响应；NO与芳香仲胺发生N-亚硝基化，导致比率型荧光变化（I816/I712）。两个检测通道正交独立，互不干扰，实现了NO和ATP的同步精准成像。

光物理测试表明，ANRC对ATP和NO响应灵敏（检测限1.3 μM和0.26 μM），选择性优异。细胞共定位实验显示ANRC与Mito-Tracker Green的Pearson系数高达0.987，证实其优异的线粒体靶向能力。在细胞层面，ANRC成功追踪了外源/内源NO刺激下ATP水平的动态下降。

在LPS诱导的ALI细胞模型和小鼠模型中，ANRC直观展示了随着ALI进展，NO信号逐渐增强而ATP信号持续衰减的代谢危机。转录组学分析揭示NO通过下调呼吸链复合物（NDUFB3、COX6C等）和TCA循环酶（ACO2、SDHB等）的基因表达，从遗传层面印证了NO对线粒体产能的抑制。

利用ANRC作为药物筛选平台，作者评估了14种小分子化合物对NO/ATP代谢的调控作用。结果显示，右美托咪定（DEX）不仅能将NO水平完全恢复至对照水平，还能将ATP提升至对照的90%以上，展现出协同逆转代谢失衡的优异疗效。进一步的机制研究表明，DEX通过抑制炎症、降低氧化应激、恢复线粒体膜电位和ATP合成、阻断线粒体凋亡通路，最终减轻肺损伤。

总之，本研究开发的ANRC探针实现了ALI进程中NO和ATP的同步、实时、原位可视化，揭示了NO介导的线粒体代谢抑制机制，并成功应用于药物筛选。该平台为研究线粒体代谢与氧化应激提供了有力工具，也为ALI的精准诊断和疗效评估开辟了新途径。

本文作者：JR

责任编辑：TYC

DOI：10.1021/acs.analchem.6c00236

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c00236