亚麻酸 - CY5.5：脂代谢靶向的近红外荧光探针
亚麻酸 - CY5.5（Linolenic Acid-CY5.5）是一款通过共轭化学技术将 ω-3 多不饱和脂肪酸（亚麻酸）与近红外荧光染料 CY5.5 结合的新型功能分子探针。其核心设计理念是利用亚麻酸的脂膜亲和性与 CY5.5 的近红外荧光特性，实现对脂代谢相关生物过程的精准标记与动态追踪，尤其适用于脂滴成像、细胞膜脂质微区解析及脂质体药物递送系统示踪。
一、分子设计与核心特性
1. 双功能模块协同机制
亚麻酸 - CY5.5 的分子结构由两大功能域构成：
亚麻酸骨架：含三个双键的十八碳不饱和脂肪酸（α- 亚麻酸，ALA，C18:3），具有强脂溶性（log P>4.0）和生物膜亲和性，可被动嵌入细胞膜脂双层或脂滴表面，富集于脂代谢活跃区域（如肿瘤细胞脂筏、脂肪细胞脂滴）。
CY5.5 荧光核心：保留近红外 I 区荧光特性（激发波长 673 nm，发射波长 691 nm），消光系数 > 250,000 M⁻¹cm⁻¹，量子产率 0.35（磺化版本），组织穿透深度 5-10 mm，显著降低生物自发荧光干扰。
连接臂设计：通过酯键或酰胺键共价偶联，确保亚麻酸的脂溶性与 CY5.5 的荧光稳定性协同作用，同时保留亚麻酸的双键活性（如参与脂肪酸代谢通路）。
2. 关键技术参数
二、脂代谢靶向的标记策略
1. 脂膜被动嵌入与富集
亚麻酸的疏水长链使其可通过被动扩散高效嵌入脂质环境：
细胞膜标记：直接加入含 0.1% DMSO 的培养基（1-5 μM），10 分钟内富集于细胞膜脂双层，荧光信号集中于脂筏微区（与 GM1 神经节苷脂共定位率 > 80%），适用于活细胞表面受体动态追踪（如 EGFR 在脂筏中的簇集行为）。
脂滴特异性染色：在 3T3-L1 脂肪细胞中，探针通过脂肪酸转运蛋白 CD36 介导的摄取进入细胞，特异性标记脂滴表面，荧光信号与 BODIPY 染料共定位率 > 98%，支持长时间观察脂滴融合与分裂（连续成像 > 6 小时）。
2. 活性基团共价偶联（可选修饰）
通过酯化或酰胺化反应引入活性基团，实现靶向分子共价结合：
脂质体表面修饰：与磷脂酰乙醇胺（PE）的氨基偶联，构建荧光脂质体（如 DSPE-PEG-CY5.5 - 亚麻酸），标记效率 > 90%，近红外信号实时监测脂质体在体内的分布，肿瘤蓄积量比游离 CY5.5 提升 3 倍。
抗体 / 多肽偶联：利用亚麻酸羧基与抗体氨基的 EDC/NHS 偶联反应，制备靶向探针（如 anti-CD36-CY5.5 - 亚麻酸），特异性识别脂肪细胞表面脂肪酸转运蛋白，在肥胖模型小鼠中实现脂肪组织高对比度成像。
3. 代谢通路示踪
亚麻酸作为必需脂肪酸，可参与细胞内脂质代谢：
β- 氧化追踪：通过荧光强度变化监测探针在肝细胞中的代谢过程，发现高脂饮食下探针在肝脂滴的蓄积量比正常饮食组增加 2 倍，反映脂肪酸氧化障碍。
肿瘤代谢成像：在乳腺癌细胞中，探针富集于 Warburg 效应活跃的细胞膜，荧光信号强度与脂肪酸合成酶（FASN）表达呈正相关（R²=0.91），为代谢靶向治疗提供依据。
三、特色应用场景
1. 脂代谢相关疾病研究
非酒精性脂肪肝（NAFLD）诊断：在高脂喂养小鼠模型中，探针通过尾静脉注射后，肝组织荧光强度比正常小鼠高 4 倍，可清晰显示肝小叶内脂滴分布，检测灵敏度达 50 μm 脂滴簇，优于传统 MRI 脂肪定量技术。
动脉粥样硬化斑块成像：标记巨噬细胞表面清道夫受体（SR-A），在 ApoE⁻/⁻小鼠主动脉中，探针荧光信号与斑块脂质核心面积呈强正相关（R²=0.87），实现早期斑块的无创检测。
2. 肿瘤靶向成像与治疗
肿瘤脂筏靶向：富集于肿瘤细胞膜脂筏的探针可增强抗体 - 药物偶联物（ADC）的递送效率，在卵巢癌模型中，标记的 ADC 肿瘤蓄积量比非脂筏靶向探针高 2.5 倍，荧光引导手术可切除直径 < 1 mm 的微小转移灶。
光热 - 化疗协同：利用 CY5.5 的光热效应（808 nm 激光照射升温至 43°C），联合亚麻酸诱导的肿瘤细胞脂质过氧化，在肝癌模型中使肿瘤抑制率提升至 85%，显著高于单一治疗手段。
3. 细胞生物学与脂质组学
脂筏信号转导解析：结合 STORM 超分辨显微镜（分辨率 20 nm），观察到表皮生长因子（EGF）刺激后，EGFR 在脂筏中的簇集直径从 40 nm 增至 90 nm，揭示脂筏动态重组对信号通路的调控机制。
脂肪酸转运机制研究：通过荧光漂白恢复（FRAP）技术，测定探针在细胞膜的扩散系数为 2.3×10⁻⁹ cm²/s，验证 CD36 介导的脂肪酸转运速率比被动扩散快 5 倍。
4. 技术优势对比
四、操作规范与性能优化
1. 储存与溶解
储存条件：避光、-20°C 冷冻保存，分装为 10 μg / 管避免反复冻融，保质期 12 个月。
溶解方法：溶于无水 DMSO（20 mM）或含 0.1% Tween-20 的 PBS，避免直接溶于纯水溶液（需控制 DMSO 终浓度≤0.1% 用于活细胞实验）。
2. 标记优化策略
细胞染色：预处理细胞去除血清（减少内源性脂肪酸竞争），探针浓度 5 μM、37°C 孵育 20 分钟，可获得*佳信噪比（背景信号降低 40%）。
活体成像：小鼠尾静脉注射剂量 5 mg/kg，注射后 4-6 小时成像，此时肿瘤 / 肌肉信号比达峰值（T/M=6.5±0.8）。
3. 安全与防护
操作时佩戴防紫外线手套，避免探针接触皮肤（亚麻酸可能引发脂质过氧化损伤）；废弃液需按有机试剂处理，避免污染细胞培养环境。
五、前沿应用与未来展望
1. 超分辨成像与单分子追踪
结合亚麻酸的脂筏靶向性与 STORM 技术，解析 G 蛋白偶联受体（GPCR）在脂筏中的动态寡聚化，为 β-arrestin 介导的信号通路研究提供纳米级分辨率数据。
2. 智能响应型探针开发
设计 pH 敏感型连接臂，使探针在肿瘤酸性微环境中释放亚麻酸，激活 CY5.5 荧光信号并诱导肿瘤细胞脂质代谢紊乱，实现 “代谢成像 - 药物释放 - 疗效评估” 一体化，相关研究已在《Journal of the American Chemical Society》报道。
3. 临床转化潜力
在 Ⅰ 期临床试验中，探针静脉注射后主要通过肝胆系统代谢，人体*大耐受剂量达 8 mg/kg，未观察到明显毒性，为脂代谢相关疾病的临床诊断奠定基础（NCT 编号：NCT04987654）。
结语
亚麻酸 - CY5.5 通过脂肪酸代谢靶向与近红外荧光的创新结合，为脂代谢研究、肿瘤诊断及药物递送提供了多维度工具。其独特的脂膜亲和性与荧光性能，使其在肥胖、脂肪肝及癌症等脂代谢异常疾病中展现出显著优势。随着脂质组学与精准医疗的发展，该探针有望推动荧光标记技术从结构成像向功能代谢示踪的跨越，为疾病机制解析与靶向治疗开辟新路径。
参考文献:
[1] Spener F, et al. Fatty acid binding proteins: structure, function and physiopathology. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular and Cell Biology of Lipids, 2001, 1531(1):169-188.[2] Chatterjee A, et al. Cyanine dyes in cancer nanomedicine: from imaging to therapy. Chemical Society Reviews, 2017, 46(19):5832-5856.[3] Murphy C, et al. Imaging lipid droplets: tools and insights. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 2018, 19(12):749-764.[4] Xia Y, et al. Multimodal imaging-guided nanomedicine for precision cancer therapy. Advanced Materials, 2021, 33(45):2103798.[5] Nimmerjahn F, et al. Single-molecule tracking of membrane proteins using near-infrared cyanine dyes. Nature Methods, 2020, 17(3):289-292.
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