CY7 - 棕榈油酸：近红外荧光标记的脂肪酸代谢研究新工具
一、分子结构与标记原理
CY7 - 棕榈油酸（CY7-Palmitoleic Acid）是通过近红外荧光染料 CY7 与天然单不饱和脂肪酸棕榈油酸（Palmitoleic Acid, PA）的羧基端发生共价偶联形成的荧光探针。其设计融合了脂肪酸代谢特性与深层组织成像优势，核心结构包含两大功能模块：
棕榈油酸骨架：棕榈油酸（cis-Δ⁹- 十六碳烯酸，C₁₆H₃₀O₂）作为人体内源性脂肪酸，是细胞膜磷脂的重要组成成分，参与脂质代谢、炎症调控及能量稳态。其 Δ⁹双键结构保留了天然脂肪酸的生物活性，可被脂肪酸转运蛋白（FATP）识别并参与 β- 氧化、甘油三酯合成等代谢通路。
CY7 荧光基团：CY7（C₄₀H₄₆N₂O₆S₂）的琥珀酰亚胺酯活性基团与棕榈油酸的羧基在 EDC/NHS 催化下形成稳定的酰胺键，引入近红外荧光标记。标记位点远离双键及碳链末端，经 LC-MS 验证，标记后棕榈油酸对 FATP1 的亲和力（Kd=2.3μM）与天然分子（Kd=2.0μM）一致，确保其代谢行为不受显著影响。
共轭特性：标记后分子分子量为 794.9 Da，CY7 的花菁环与棕榈油酸的碳链形成疏水相互作用，增强探针在脂质环境中的稳定性；柔性连接臂（6 原子间隔）避免空间位阻，使探针可自由嵌入细胞膜或脂质体双层。
二、物理化学性质与荧光特性
（一）基础理化参数
（二）荧光光谱特性
激发 / 发射波长：*大激发波长（Ex）750 nm，*大发射波长（Em）773 nm，处于近红外 Ⅱ 区（700-900 nm），组织穿透深度可达 2-3 cm，适用于活体深层组织成像。
量子产率：0.25（在乙醇溶液中），虽低于可见光染料，但近红外区域生物自发荧光低，检测灵敏度可达 50 nM（流式细胞仪）。
光稳定性：经 808 nm 激光持续照射 1 小时后，荧光强度保留 75%，优于同类近红外探针（如 Alexa Fluor 750 标记物保留 65%），适合长时间动态追踪。
三、核心应用领域
（一）脂肪酸代谢通路可视化
作为棕榈油酸的荧光类似物，CY7-PA 可精准示踪脂肪酸的跨膜转运与细胞内代谢：
跨膜运输机制：在 HepG2 细胞中，CY7-PA 的摄取可被 FATP1 抑制剂 BMS309403 显著抑制（抑制率＞80%），荧光强度实时反映脂肪酸转运蛋白活性，结合流式细胞术可定量分析不同细胞系的摄取差异（如脂肪细胞＞肝细胞＞成纤维细胞）。
线粒体 β- 氧化监测：通过 MitoTracker Red 共定位，发现 CY7-PA 在 CCl₄诱导的肝损伤模型中，线粒体荧光信号较正常组下降 40%，提示脂肪酸氧化功能受损，与 Seahorse 代谢组学检测的 ATP 生成量呈负相关（R²=0.93）。
（二）活体脂质分布与代谢成像
利用近红外荧光的深层穿透优势，实现体内脂质动态监测：
脂肪组织定位：在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中，尾静脉注射 CY7-PA 后 4 小时，腹股沟白色脂肪组织（WAT）荧光信号达峰值，信号 / 肌肉比（S/M）为 8:1，可清晰区分棕色脂肪（BAT）与白色脂肪的分布差异。
动脉粥样硬化模型：在 ApoE⁻/⁻小鼠主动脉根部，CY7-PA 荧光强度与斑块脂质沉积量（Oil Red O 染色）呈正相关（R²=0.89），证实其可靶向富含 ox-LDL 的巨噬细胞，用于早期动脉斑块的无创检测。
（三）膜脂动态与细胞信号研究
棕榈油酸作为膜脂不饱和脂肪酸的代表，CY7 标记后可解析膜结构变化：
细胞膜流动性检测：在 HeLa 细胞中，低温（4℃）处理使 CY7-PA 荧光偏振度增加 35%，反映膜脂有序性增强；佛波酯（PMA）刺激后，荧光各向异性值下降 20%，提示膜流动性升高，与原子力显微镜检测的膜厚度变化一致。
脂筏定位研究：通过蔗糖密度梯度离心，证实 CY7-PA 富集于脂筏组分（浮力密度 1.05-1.10 g/mL），与 GM1 神经节苷脂的共定位系数达 0.78，为解析脂筏介导的信号通路（如 EGFR 激活）提供可视化工具。
（四）药物递送系统靶向优化
作为脂质载体的荧光标记物，提升递送系统的靶向性：
脂质体 / 外泌体标记：制备 CY7-PA 修饰的 PEG 脂质体（粒径 120 nm），其被 RAW264.7 巨噬细胞摄取的效率比未标记组高 2.2 倍，荧光信号可追踪外泌体从分泌到胞内降解的全过程（半衰期约 6 小时）。
纳米颗粒表面功能化：与 PLGA 纳米粒偶联后，构建荧光 / CT 双模态探针，在荷瘤小鼠中实现肿瘤部位的精准定位，CT 值与荧光强度的线性相关性达 R²=0.95。
四、标记技术优化与研究进展
（一）位点特异性标记新方法
针对脂肪酸羧基标记可能影响代谢的问题，开发两种精准偶联技术：
酰基转移酶催化：利用脂肪酶 Lipozyme RM IM 催化 CY7 - 琥珀酰亚胺与棕榈油酸乙酯的转酯化反应，标记产物纯度从 85% 提升至 98%（HPLC 纯化后），避免传统化学合成的消旋化问题。
点击化学标记：合成叠氮修饰的棕榈油酸前体，通过 CuAAC 反应与炔基 CY7 偶联，反应在 pH 7.4、室温条件下 1 小时完成，副产物＜3%，适用于敏感生物样本标记。
（二）递送系统创新
突破脂肪酸水溶性差与体内清除快的瓶颈：
环糊精包合：制备 β- 环糊精 - CY7-PA 复合物，水溶性提升 50 倍，口服给药后小鼠血药浓度达峰时间（Tmax）从 1 小时延长至 3 小时，生物利用度提高 40%。
白蛋白纳米粒装载：利用脂肪酸与血清白蛋白的天然结合特性，构建 CY7-PA - 白蛋白纳米粒（粒径 60 nm），体内循环半衰期延长至 12 小时，肝靶向性提升 3 倍。
（三）多模态成像拓展
结合新兴技术提升应用维度：
光声成像（PAI）：利用 CY7 的光热转换特性（光声转换效率 0.15），在乳腺癌小鼠模型中实现肿瘤血管的三维重建，空间分辨率达 100 μm，深度穿透 2 cm。
质谱成像（MSI）：与 MALDI-TOF 联用，同时检测 CY7-PA 的荧光信号与脂肪酸代谢产物（如棕榈酰辅酶 A），在组织切片上构建代谢通路空间分布图，像素分辨率 50 μm。
五、实验指南
（一）典型实验操作流程
1. 细胞水平代谢追踪
培养细胞处理：接种 3T3-L1 前脂肪细胞于共聚焦培养皿，分化成熟后加入 5 μM CY7-PA（溶于含 2% FBS 的 DMEM），37℃孵育 30 分钟。
细胞器共定位：PBS 洗涤后，用 MitoTracker Green（线粒体）/LysoTracker Red（溶酶体）共染，抗荧光淬灭封片，激光共聚焦显微镜成像（激发 750 nm，发射 760-790 nm）。
2. 活体脂肪组织成像
溶液制备：临用前将 CY7-PA 溶于 10% DMSO+30% PEG400 生理盐水，浓度 10 mg/kg。
给药方式：小鼠尾静脉注射，4 小时后置于 IVIS Lumina 系统，激发滤光片 745/20 nm，发射滤光片 780/20 nm，曝光时间 200 ms。
数据分析：通过 Living Image 软件绘制全身荧光分布图，定量分析各组织荧光强度（ROI 分析），计算 S/M 值。
六、挑战与未来方向
（一）现存技术瓶颈
荧光量子产率限制：近红外染料固有低 QY 特性导致检测灵敏度低于可见光探针，需搭配高灵敏度探测器（如 InGaAs 相机）或信号放大技术（如纳米颗粒增强）。
代谢产物干扰：CY7-PA 在细胞内代谢为棕榈酰 - CoA 等中间体，可能发生荧光淬灭或标记脱落，需开发稳定性更高的连接臂（如环丙烷结构）。
特异性靶向不足：在非脂肪组织中可能与膜脂非特异性结合，需引入靶向配体（如脂肪酸转运蛋白抗体）或响应型连接键（如 pH 敏感酰胺键）。
（二）前沿研究方向
双光子激发探针：设计长波长激发的 CY7-PA 衍生物（Ex=800 nm），实现深层组织（＞3 cm）高分辨率成像，减少光损伤。
基因编码荧光脂肪酸：通过 CRISPR 技术将 CY7 结合位点引入脂肪酸代谢酶（如 ACSL1），实现内源性棕榈油酸的原位标记，避免外源性探针干扰。
智能响应型探针：构建温度敏感型 CY7-PA，在肿瘤高热区（42℃）释放游离棕榈油酸，同时荧光强度增强 40%，实时反馈治疗区域的代谢活性变化。
CY7 - 棕榈油酸凭借近红外荧光的深层穿透能力与脂肪酸的天然代谢特性，正成为解析脂质代谢网络、诊断代谢性疾病的核心工具。随着标记技术与成像技术的协同创新，该探针有望从科研示踪剂逐步发展为临床代谢疾病的精准诊断试剂，为肥胖、糖尿病及动脉粥样硬化等重大疾病的机制研究与治疗监测开辟新路径。
【星戈瑞stargraydye】以上数据均来自文献/科研资料,星戈瑞暂未进行独立验证, 仅供参考！(以上文中所述仅限于科研实验及实验室环境)
