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研究背景
Background
随着肿瘤免疫治疗的兴起，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的异质性及其在肿瘤微环境中的关键作用日益受到关注。TAMs 可分为促炎型（M1）和抗炎型（M2）两种表型，它们在肿瘤发生发展、免疫抑制和免疫逃逸中扮演着截然不同的角色。
M1 型巨噬细胞具有抗肿瘤活性，启动和维持炎症反应，清除病原体和肿瘤细胞，促进免疫细胞的募集和活化，抑制肿瘤生长和转移。
M2 型巨噬细胞具有促肿瘤活性，抑制炎症反应，促进血管生成和组织修复，抑制免疫细胞的募集和活化，促进肿瘤生长和转移。
M1 型巨噬细胞受到促炎因子如 LPS 和 IFN-γ 的刺激后，会诱导诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达，进而催化 L-精氨酸转化为 NO。因此，M1 型巨噬细胞会产生大量的 NO。
M2 型巨噬细胞受到抗炎因子如 IL-4 的刺激后，iNOS 的表达会被抑制，因此其不会产生或仅产生少量的 NO。
因此，可以通过检测巨噬细胞中NO的含量来鉴别不同极化状态的巨噬细胞。现有的 NO 探针大多存在光稳定性差、光损伤等问题，且多为单一成像模式，易受环境干扰和自荧光影响。
为了克服传统方法的局限性，中山大学研究团队开发了一种新型的线粒体靶向型双光子铱配合物磷光探针 Ir-ImNO 用于实时、准确地监测 TAMs 的极化状态。
研究亮点
Objectives
理性探针设计：Ir-ImNO 探针分子以铱配合物为发光母体，引入N5-苄基-1,10-菲罗啉-5,6-二胺 (BPDA) 作为识别NO的响应基团。当 NO 存在时，BPDA 会与 NO 发生反应，形成新的三唑化合物，导致 Ir-ImNO 探针分子结构的改变，继而影响 Ir-ImNO 探针分子的能量跃迁过程，导致磷光强度和磷光寿命的变化。（图1）
图1 探针的结构和应用
高灵敏度、高选择性： Ir-ImNO 对 NO 具有极高的灵敏度和选择性，能够检测低浓度的 NO，检测限低至 14 nM，并排除其他生物活性物质或离子的干扰。
多模态成像能力： Ir-ImNO 可用于单光子显微镜、双光子显微镜和磷光寿命成像等多种成像模式，从而实现对 TAMs 极化状态的全面监测。
线粒体靶向能力： Ir-ImNO 能够特异性地靶向细胞线粒体，从而更精确地检测细胞线粒体内 NO 的变化。
良好生物安全性： Ir-ImNO 对细胞和红细胞均无毒性，具有良好的生物安全性。
研究发现✦
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1.多模态成像分析TAMs 极化状态
研究人员利用 Ir-ImNO 探针，成功地对细胞和活体小鼠中的 TAMs 极化状态进行了多模态成像分析。
利用磷光强度成像技术，研究人员发现，LPS/IFN-γ 诱导的 M1 型巨噬细胞会产生强烈的橙黄色磷光信号，而 IL-4 诱导的 M2 型巨噬细胞则产生十分微弱的磷光信号。（图2）
图2 利用磷光强度成像技术鉴别M1和M2巨噬细胞
利用磷光寿命成像技术，研究人员观察到 M1 型巨噬细胞发出绿色的伪色信号（610 ns），而 M2 型巨噬细胞则发出黄色的伪色信号（867 ns）。这种颜色信号差异是由于磷光寿命的差异造成的，从而可以更直观地区分两种表型的巨噬细胞。（图3）
图3 利用磷光寿命成像技术鉴别M1和M2巨噬细胞
上述结果表明，Ir-ImNO 能够有效地识别和区分 M1 和 M2 表型的 TAMs，并通过磷光强度和磷光寿命的变化反映其极化状态以及免疫反应状态。
2.监测免疫治疗药物对 TAMs 极化状态的影响
Ir-ImNO 还可用于监测免疫治疗药物对 TAMs 极化状态的影响，从而评估其免疫治疗效果。研究人员利用 Ir-ImNO 探针监测了 FLT3 受体酪氨酸激酶抑制剂 Pexidartinib (PLX3397) 对 TAMs 极化状态的影响，发现 PLX3397 能够促进 TAMs 从促瘤型 M2 表型转化为抑瘤型 M1 表型，从而抑制肿瘤生长。（图4）
图4 探针监测免疫治疗药物对 TAMs 极化状态的影响
研究讨论✦
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本研究开发了一种新型的线粒体靶向型双光子铱配合物磷光探针 Ir-ImNO，并利用其实现了对巨噬细胞极化状态的精准“追踪”。该探针具有高灵敏度、高选择性、多模态成像和生物安全性等优势。Ir-ImNO 探针的开发为 TAMs 极化状态的监测提供了一种新的工具，有助于深入理解肿瘤免疫机制和评估免疫治疗效果。未来，Ir-ImNO 探针有望在肿瘤免疫治疗领域发挥重要作用，并为开发新型免疫治疗药物提供理论依据。
参考文献
[1] Yuxin Wen,Xianbo Wu,Weijun Wu, Tao Feng, Yihang Pan, Yulong He, Liangnian Ji,and Hui Chao. A Mitochondria-Targeted Nitric Oxide Probe for Multimodality Imaging of Macrophage Immune Responses. Anal. Chem. 2024, 96, 6666−6673.
END
文案 |陆细刚
排版 | 陆细刚
审核 | 陆细刚
发布｜姜笑南
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