阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)已成為全球威脅老年人健康的主要神經退行性疾病之一，早期診斷、早期干預是目前臨床防治AD的重要手段。然而，AD病理機制十分復雜，其早期診斷仍面臨諸多挑戰(zhàn)。
近年來，研究逐漸聚焦于溶酶體功能障礙與蛋白質異常相分離的關聯(lián)。液-液相分離（LLPS）被認為是異常蛋白聚集的重要始事件，而自噬-溶酶體體系的酸化缺陷被視為推動這一過程的關鍵環(huán)節(jié)。然而，如何在活細胞內精準、實時、原位監(jiān)測溶酶體pH動態(tài)，研究其與相分離之間作用機制研究，成為破解AD早期診斷技術領域研究的熱點與難點。
近日，中國科學院蘭州化學物理研究所天然藥物與化學測量研究中心海軍研究員團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了一種近紅外光（NIR）/pH雙重激活DNA納米探針（UTPH），首次實現(xiàn)了對AD病理過程中（如Aβ聚集時）溶酶體pH動態(tài)變化的實時、原位成像分析技術，發(fā)現(xiàn)了溶酶體pH動態(tài)變化與AD疾病進展高度相關。該技術具有高度模塊化和可編程性，通過調整DNA序列中的CGC比例，可精細調控探針對溶酶體pH的敏感性范圍；通過替換靶向配體，該技術可擴展應用于其它細胞器（如線粒體、細胞核）的溶酶體pH動態(tài)精準監(jiān)測。研究結果為AD等多種神經退行性疾病的病理機制、早期診斷和藥物篩選提供了通用的分子工具，也為在亞細胞水平探索生命過程和疾病機制開辟了新途徑。
圖1. UTPH納米探針合成及模塊化設計示意圖
研究工作以“Spatiotemporally controlled imaging of lysosomal pH via NIR/pH dual-activatable DNA nanomachines for early Alzheimer's disease detection”為題發(fā)表在Sensors and Actuators: B. Chemical(2025,444,138389)上。蘭州化物所博士生高飛為論文第一作者；蘭州化物所海軍研究員、邸多隆研究員、趙婷婷助理研究員，廈門大學楊立朝教授為該論文共同通訊作者。
團隊進一步探索溶酶體功能變化與Aβ蛋白相分離之間的關系。通過ATRP合成pH響應骨架，將AIE染料四苯乙烯（TPE）共價接枝，并自組裝包載近紅外ACQ染料吲哚菁綠（ICG），形成AIE/ACQ協(xié)同的比率成像納米結構探針(PTI)，實現(xiàn)AD自噬溶酶體酸化缺陷及其驅動的相分離過程的可視化“全流程”監(jiān)測。
機制研究顯示，p62通過其UBA結構域與多聚泛素化鏈結合介導LLPS；在溶酶體功能受損與Aβ累積協(xié)同作用下，多價互作與弱相互作用（如暴露組氨酸側鏈的pH敏感作用）共同降低體系溶解度、增強相分離驅動力，促進p62-泛素化Aβ復合體的病理性凝集。該結果從相分離驅動與自噬障礙兩個維度揭示了AD中Aβ聚集病理進展中的協(xié)同耦合機制。體內研究進一步驗證了PTI的應用潛力。靜脈給藥后結果顯示，探針可穿越血腦屏障進入腦組織，且AD小鼠模型的腦區(qū)近紅外信號隨Aβ劑量變化而改變，以此可判別腦組織病理性酸化狀態(tài)。以上研究實現(xiàn)了自噬溶酶體酸化缺陷與病理性相分離的“同位、同步、同源”可視化解碼，揭示了Aβ聚集與溶酶體功能障礙的協(xié)同作用是LLPS的重要驅動力，為相分離調控與AD早期診斷、早期干預提供了新視角與策略，有望應用于多種神經退行性疾病的早期診斷和藥物開發(fā)。
圖2. 比率型熒光探針PTI合成及AD自噬溶酶體酸化與相分離機制研究
該研究工作以“Visual Whole-Process Monitoring Dynamic Phase Separation of Autophagic Lysosomes in Alzheimer’s Disease by a Lysosome-Targeted pH-Activated Fluorescence Probe”為題發(fā)表在Analytical Chemistry(2025,97,41,22518–22529)上。蘭州化物所博士生高飛與廈門大學博士生林萬銓為共同第一作者；蘭州化物所海軍研究員、邸多隆研究員，廈門大學楊立朝教授，新疆大學范仲雄副教授為該論文共同通訊作者。
以上研究得到了國家自然科學基金項目、甘肅省科技計劃項目和中國科學院蘭州化物所人才引進專項等的支持。
