糖尿病（DM）通常有胰島素的合成及釋放異常的表現。研究表明，2014年18歲以上的糖尿病患者人數（4.22億）是1980年（1.08億）的四倍。糖尿病的常見癥狀包括多尿、疲勞和情緒障礙等，肝臟和腎臟是其內部損害的主要部位，如果不能及時診斷則可能會導致嚴重的并發癥。在目前糖尿病的診斷指標中，一直被廣泛應用的是血糖和糖化白蛋白等，但其水平變化主要集中在糖尿病發生后的晚期過程，且不能實時體現糖尿病發展的進程。

雖然熒光探針具備操作簡單、靈敏度高、成本低、生物相容性好等優點，但對于糖尿病發展和治療過程的實時監測研究較少。目前研究發現，半胱氨酸（Cys）水平與糖尿病病理過程具有潛在的相關性，生物體內血糖的升高伴隨氧化應激的產生，但其具體的生物學過程尚未被闡述清晰。因此，迫切需要開發Cys熒光探針用于糖尿病的診斷和治療，為糖尿病的臨床研究提供重要信息。

為解決以上問題，江南大學附屬兒童醫院王凱、胡志剛和南京大學生命科學學院楊雨順、蘇州大學藥學院姚坤、南京醫科大學藥學院秦亞娟等合作在RedoxBiology期刊上發表了題為“Discovery of the cysteine dynamics during the development and treatment of diabetic process by fluorescent imaging”的研究，該研究開發了一種新型熒光探針RhoDCM，用于監測糖尿病診療過程中Cys的動態變化。基于不同糖尿病模型小鼠的活體及組織熒光成像表明，RhoDCM可通過監測Cys的動態變化來表征不同誘導劑導致的糖尿病病理過程，并對藥物治療效果進行評估。

該研究開發了一種監測Cys動力學的熒光探針RhoDCM，其具有穿透深度、成像能力優良等性質，并成功應用于糖尿病的發展和治療過程。RhoDCM對Cys的檢測具有很高的選擇性和抗干擾性，可區分Cys、谷胱甘肽（GSH）和同型半胱氨酸（Hcy）。與已報道的Cys探針相比，RhoDCM線性范圍寬（0 ~ 100 μM），檢測限低（0.23 μM），可滿足Cys的生理及病理檢測范圍。由圖1可知，RhoDCM在480 nm處有較小的紫外吸收峰，Cys的加入使其吸收峰明顯增強。此外，在480 nm的外源激發下，RhoDCM與Cys反應后在570 nm處具有顯著的熒光發射峰。在pH 6.0 ~ 8.0和溫度30℃ ~ 40℃范圍內，RhoDCM對Cys的熒光響應時間短（小于5 min），并且穩定性好（大于60 min）。因此，RhoDCM對Cys在生理條件下具有較好的檢測性能。

圖1RhoDCM在體外對Cys的檢測性能研究

因為RhoDCM與Cys在體外測試中具有較高的選擇性，并能夠迅速完成熒光響應，故RhoDCM在細胞成像中具有較大的應用潛力。首先在HeLa細胞中對RhoDCM進行毒性檢測得知其毒性較小。然后利用RhoDCM可對細胞外源和內源的Cys水平進行實時監測。由于葡萄糖濃度的增加會消耗細胞內的Cys含量，因此RhoDCM可以通過熒光信號的變化來監測胞內的葡萄糖水平（圖2）。

圖2 RhoDCM用于監測細胞模型中Cys的動態變化

此外，建立糖尿病小鼠模型和藥物治療模型，即設正常對照組、模型組（鏈脲佐菌素或四氧嘧啶誘導）和治療組（鏈脲佐菌素誘導后給予治療藥物維達格列汀、達伐他汀、二甲雙胍），利用RhoDCM成像監測并結合口服糖耐量試驗和與肝臟相關的重要指標來驗證模型構建的準確性，并評估藥物治療效果。活體成像結果表明，RhoDCM可以通過監測體內Cys的動態變化來表征糖尿病過程中的發展和治療狀況（圖3）。

圖3 RhoDCM在對照組、糖尿病組、治療組小鼠及肝臟的熒光成像

在此基礎上，該研究進一步對不同模型及治療組中的肝組織進行深入探討，通過組織熒光和染色結果證實，RhoDCM可以實時監測不同刺激劑導致的糖尿病病理過程，并對不同治療藥物進行評估，綜合評價各治療方案的有效性（圖4）。

圖4 RhoDCM對不同模型及治療組小鼠肝組織切片的熒光成像及染色

綜上所述，該研究開發了一種新型熒光探針RhoDCM，用于監測糖尿病小鼠模型中Cys的動態變化。RhoDCM對Cys的響應表明其具有高靈敏度、高選擇性、反應速度快、在不同的pH和溫度條件下穩定等優點。RhoDCM可以通過監測細胞外源性和內源性的Cys水平，進一步衡量胞內血糖水平。此外，該研究建立的糖尿病小鼠模型（鏈脲佐菌素或四氧嘧啶誘導）通過口服糖耐量試驗和血清指標進行檢查后，利用RhoDCM進行糖尿病發展進程中Cys的實時成像監測，并對維達格列汀、達伐他汀、二甲雙胍藥物的治療效果進行評價。基于活體和組織熒光成像表明，RhoDCM可以通過監測Cys的動態變化來表征糖尿病進程中的發展和治療狀況。雖然該研究無法完全闡明糖尿病發展進程中Cys具體的作用機制，但RhoDCM對推斷糖尿病進程階段和評估治療方案的有效性是有益的，這為今后的糖尿病相關臨床研究提供重要信息。

審核編輯：劉清