金鳞岂是池中到底什么情况?

　　胃酸相关的胃肠道疾病极为常见，例如：胃炎等疾病与胃酸的分泌过多密切相关。胃肠道成像及其生化指标检测对于相关疾病诊断具有重要意义，然而传统的胃镜、超声、CT、核磁共振等方法，通常仅能观察胃肠道结构的变化，难以原位监测胃肠道的生化指标，不得不通过胃管插入到胃部提取胃液，进一步在体外检测其pH等胃环境参数。为了促进胃肠道疾病的研究及相关药物研发，迫切需要简便的胃肠道成像及原位生化指标检测的方法。

　　近日，香港中文大学（深圳）唐本忠院士、华南理工大学高蒙副研究员与南方医科大学南方医院司徒博教授合作，筛选并发现简单的吡咯化合物能够在胃部酸性环境下，原位生成红至近红外发光的阳离子自由基，并成功将其用于胃肠道成像及抗胃酸治疗评估（图1）。

　　在前期关于发光吡咯阳离子自由基的研究基础上（Angew. Chem. Int. Ed.2022, e202212671; Mater. Horiz.2021, 8, 3082-3087），作者进一步筛选了系列吡咯化合物，发现2,5-二甲基-3-羟亚甲基取代的吡咯衍生物P3，P8，P9，在酸性水溶液中呈现出蓝色（图2）。以P3化合物为例，其在酸性水溶液中（pH3）的最大吸收和发射波长分别为600 nm和680 nm，通过电子顺磁共振（EPR）、核磁共振等波谱分析，表征并验证了阳离子自由基P3•+的生成。通过取代基分析发现，吡咯的2,5位烷基取代、3或4位羟亚甲基取代有利于在酸性水溶液中生成阳离子自由基，而3,4位醛基、芳基、卤素取代不利于其生成。同时，吡咯的N-芳基上修饰甲氧基等给电子基团时，相较于硝基等吸电子基团，更有利于吡咯阳离子自由基的生成。

　　作者进一步提出了吡咯阳离子自由基在酸性环境下的生成机制（图3）。富电子的吡咯容易与氢离子络合，进一步可在空气中的氧气作用下迅速生成阳离子自由基，同时伴随着过氧化氢的生成。该快速转变过程可通过肉眼观察溶液颜色的变化进行监测，同时生成的过氧化氢得到了Ample Red检测试剂的验证。

　　以原位生成的吡咯阳离子自由基P3•+为例，作者进一步考察了金属离子、小分子、糖和蛋白对其发光行为的影响（图4），发现金属离子（(Na+, K+, Mg2+, Ca2+）、还原性小分子（谷胱甘肽、抗坏血酸）、糖（葡萄糖、可溶性淀粉）等对P3•+的发光效率无明显影响，而白蛋白等蛋白质有利于其发光效率的提高，这可能是由于P3•+与白蛋白结合后，限制了吡咯阳离子自由基的分子内运动导致的。作者随后考察了P3•+在甘油和水的混合溶液中的发光行为，发现当甘油体积比例从0%增加至90%时，P3•+的发光量子效率从1.1%增加至2.5%，同时荧光寿命从1.20 ns增加至2.07 ns，进一步验证了分子内运动受限促进发光效率增加的作用机制。

　　作者进一步以吡咯化合物P3为例，将其分散于水或米糊中饲喂小鼠或大鼠，考察其能否在酸性的胃部原位生成发光阳离子自由基P3•+。在饲喂小鼠后，通过活体荧光成像发现小鼠的胃部在10分钟内很快出现荧光信号，并在90分钟内荧光强度增加了4倍，进一步随时间的延长，胃部的荧光强度逐渐降低，同时在肠道区域观察到了明显的荧光信号（图5）。将饲喂P3后的小鼠的胃取出，发现其内部呈明显的蓝色，通过EPR分析（g = 2.0031），验证了P3在小鼠的胃部可以有效生成阳离子自由基P3•+。进一步，通过剖腹小鼠的荧光成像实验，对胃部原位生成的阳离子自由基P3•+及其胃肠道成像能力进行了验证。进一步，作者发现经过碳酸氢钠等抗酸药物处理的小鼠，未观察到阳离子自由基P3•+的荧光信号，表明原位生成的阳离子自由基P3•+可以用于抗胃酸治疗评估。作者随后通过主要脏器的HE染色和生化指标分析，验证了胃部原位生成的阳离子自由基P3•+具有优异的生物相容性（图6）。

　　本研究发现简单的吡咯化合物可以在胃部酸性环境下原位生成红至近红外发光的阳离子自由基，为胃肠道疾病的诊疗提供了一种新策略。