可激活荧光探针在肝细胞癌成像与诊断中的应用

Activatable fluorescent probes for imaging and diagnosis of hepatocellular carcinoma

Xiaoxiao Men, Fanghong Liu, Mingyue Gong, Xuchao Wang, Ling Wang, Xiaoju Men, Haobin Chen, and Zhuxin Dong

Journal of Innovative Optical Health Sciences

Vol. 18, No. 03, 2530004 (2025)

https://doi.org/10.1142/S1793545825300046

在生物医学光子学领域，荧光探针因其高灵敏度、高特异性和实时监测能力，已成为疾病诊断和治疗的重要工具。肝细胞癌（HCC）作为消化系统中最常见的恶性肿瘤之一，早期诊断对于提高患者生存率至关重要。传统的影像技术如磁共振成像（MRI）、超声和计算机断层扫描（CT）在HCC的临床诊断中被广泛应用，但这些技术存在分辨率和灵敏度不足等问题。近年来，可激活荧光探针技术因其独特的优势，如高特异性、低背景噪声和实时监测能力，成为HCC早期诊断和治疗监测的新希望。中南大学湘雅基础医学院陈昊彬教授团队综述了过去五年中开发的用于HCC检测和成像的可激活荧光探针，探讨了其设计策略、作用机制、局限性和未来发展方向。

导语

肝脏是人体的重要器官，负责多种营养物质的合成、转化和分解，以及药物和代谢废物的解毒。肝细胞癌（HCC）是一种与高发病率和高死亡率相关的恶性肿瘤，早期症状通常不明显，导致大多数患者在确诊时已处于晚期，错失手术或局部治疗的机会。因此，早期诊断对于提高HCC患者的生存率至关重要。传统的影像技术在HCC的临床诊断中存在一定的局限性，如分辨率和灵敏度不足。近年来，荧光成像技术因其独特的优势，如高灵敏度、高特异性和实时监测能力，成为HCC检测和成像的重要工具。

正文

1. 可激活荧光探针的类型与特性

可激活荧光探针根据其响应机制，主要分为以下几类：酶激活型探针、氧化还原激活型探针和微环境激活型探针。

图1. 活性探针在肝细胞癌（HCC）中的示意图。

1.1 酶激活型探针

酶是癌症早期诊断的重要生物标志物，其活性水平可以反映肿瘤的生物学特征。酶激活型探针基于酶的高催化效率和特异性底物选择性，能够实时监测肿瘤微环境中酶活性的变化。例如，人羧酸酯酶（CE）在HCC中高表达，与肿瘤细胞生长和脂质代谢密切相关。近年来，开发了多种CE响应型荧光探针，用于HCC的临床诊断和治疗。

1.2 氧化还原激活型探针

细胞内氧化还原平衡对维持正常生理功能至关重要，氧化还原失衡与多种疾病的发生和发展密切相关。近年来，开发了多种针对HCC的氧化还原激活型荧光探针，基于光诱导电子转移（PET）、分子内电荷转移（ICT）和荧光共振能量转移（FRET）等机制。这些探针能够敏感地响应特定的氧化还原变化，为HCC的诊断和治疗提供了新的工具。

1.3 微环境激活型探针

肿瘤微环境中的pH、粘度和极性等参数与HCC的发生和发展密切相关。近年来，开发了多种针对HCC微环境的荧光探针，用于监测肿瘤微环境的变化。例如，pH激活型探针能够检测肿瘤微环境中的酸性变化，粘度激活型探针能够监测肿瘤细胞的粘度变化。

2. 可激活荧光探针在HCC检测中的应用

近年来，多种可激活荧光探针被开发用于HCC的检测和成像。例如，Cheng等人提出了一种羟基保护/去保护的近红外CE荧光探针（NCES），可显著区分HCC患者与正常人血清中的CE水平，并实现肿瘤成像与术中定位。此外，Wang等人设计了一种新型小分子荧光探针（TCFISE），用于检测HCC患者血清中的CE。这些探针在临床样本中显示出良好的检测性能，为HCC的早期诊断提供了新的方法。

图3. CE的活性探针及其在实际临床环境中的应用。(a) TCFISE的光致发光强度比（I629/I651）与血清样本中CE的线性关系。(b) NCES探针对CE的归一化吸收光谱。(c) NCES探针对CE的荧光光谱。(d) HCC患者与正常人血清中CE的成像结果。(e) CES的体内成像。Figures adapted with permission from Refs. 34 and 35. Copyright © 2022 by the authors and Copyright © 2024 Royal Society of Chemistry.

结语

可激活荧光探针技术在HCC的早期诊断和治疗监测中展现出巨大的潜力。尽管目前的研究取得了一些进展，但仍面临一些挑战，如探针的特异性、稳定性和临床转化等问题。未来的研究需要进一步优化探针的设计和合成，提高其检测灵敏度和选择性，以满足临床诊断的实际需求。

通讯作者简介

陈昊彬，中南大学湘雅基础医学院生物医学工程系教授，主要从事生物医学传感及生物光子学前沿交叉领域研究。包括开发疾病代谢标志物高灵敏度检测技术；研制可穿戴/家用智能传感设备；构建病灶微环境动态监测系统等。为疾病早期筛查、精准诊疗及个性化健康管理提供新技术平台。

更多详情见https://faculty.csu.edu.cn/chenhaobin/zh_CN/index.htm