双硫键修饰DSPE-PEG-SS-CY5.5的细胞内吞机制研究 —— 还原响应型探针的设计与应用

双硫键修饰DSPE-PEG-SS-CY5.5的细胞内吞机制研究 —— 还原响应型探针的设计与应用

在近年来肿瘤智能诊疗纳米技术研究中，还原响应型荧光探针因其能在细胞内高浓度谷胱甘肽（GSH）环境下被特异性激活，成为精准诊疗研究的重要工具。DSPE-PEG-SS-CY5.5是一种基于双硫键（–S–S–）连接的智能荧光探针分子系统，融合了生物相容性良好的脂质-高分子骨架（DSPE-PEG）与近红外荧光探针（CY5.5），通过在PEG链与染料之间引入还原敏感的双硫键，实现细胞内特异性响应释放和成像识别功能。

结构设计与原理

该探针的基本结构为：

DSPE–PEG2000–SS–CY5.5

DSPE（1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺）：为疏水尾部，有利于膜结构或纳米粒子的稳定构建；

PEG2000：亲水长链，提供良好的水溶性、生物相容性和抗蛋白吸附能力；

SS（Disulfide bond）：连接PEG与染料CY5.5的中间结构，在细胞还原环境中（如高浓度GSH）易断裂；

CY5.5：近红外荧光染料，激发/发射波长约为675/695 nm，具有良好的组织穿透能力，适合体内成像。

响应机制：当探针进入细胞内，特别是肿瘤细胞中高浓度的GSH（2–10 mM）会还原断裂双硫键，从而释放连接的CY5.5染料，实现“关—开”型荧光响应，用于精确反映探针进入细胞后的内吞与分布行为。

细胞内吞机制研究

细胞内吞作用是纳米探针进入细胞的首要步骤，研究其内吞机制有助于理解探针的靶向性、胞内释放效率与成像行为。

常见吞噬路径包括：

吞噬作用（Phagocytosis）：主要发生于吞噬细胞（如巨噬细胞）；

胞饮作用（Pinocytosis）；

包被介导的内吞（Clathrin-mediated endocytosis）；

洞蛋白介导的内吞（Caveolin-mediated endocytosis）；

巨胞饮（Macropinocytosis）。

研究手段：

使用内吞抑制剂（如Chlorpromazine、MβCD、Amiloride等）对特定途径进行阻断；

荧光显微镜与流式细胞仪检测不同条件下探针摄取效率；

共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）观察细胞内荧光信号位置与强度；

与溶酶体（LysoTracker）共染可判断探针是否进入内体/溶酶体。

典型发现：

在HeLa、MCF-7或A549等肿瘤细胞中，DSPE-PEG-SS-CY5.5主要通过包被介导的内吞途径进入细胞，随后被送入内体/溶酶体，并在还原环境中释放CY5.5产生荧光增强。其荧光强度与GSH浓度密切相关，可用于动态成像细胞内GSH水平变化。

探针应用拓展

细胞GSH水平监测：因其荧光强度依赖于GSH浓度，可用于评估不同类型细胞的还原能力；

肿瘤细胞选择性识别：肿瘤细胞中GSH水平远高于正常细胞，因而该探针可实现肿瘤特异性成像；

药物递送系统的标记与监测：将DSPE-PEG-SS-CY5.5嵌入脂质体或聚合物纳米粒子中，实现追踪递送路径与胞内释放行为；

“关—开”型激活探针平台：适用于构建低背景、高信噪比的体内成像系统；

构建多模态诊疗平台：可与PTT（光热治疗）材料或MRI对比剂（如Fe₃O₄）复合，拓展为多功能治疗体系。

优点与挑战

优点：

高特异性响应肿瘤微环境；

光学信号清晰，背景低；

易于修饰拓展功能模块；

可与其他脂质材料兼容，形成一体化递送平台。

挑战：

双硫键在血液中亦可能被部分还原，需提高稳定性；

探针在深层组织中成像深度仍有限；

纳米系统的体内分布和代谢途径需进一步系统评估。

总结

双硫键修饰的DSPE-PEG-SS-CY5.5是一种典型的还原响应型“关—开”荧光探针，结合了良好的生物相容性、细胞特异性激活与成像功能，适用于细胞吞噬路径研究、肿瘤成像、药物释放监测等多个生物医学场景。随着智能纳米载体与成像技术的不断发展，该类探针将为肿瘤诊疗提供更精准的工具支持。