溶酶体是分解细胞内脂质、蛋白质、糖类及其他物质的细胞器，如果溶酶体分解机制发生“故障”，则导致底物（如脂质和糖蛋白）在溶酶体腔内积累，诱发溶酶体储存障碍类疾病（LSDs）。目前，因缺少对上述疾病的认知，已开发的用于治疗上述疾病的小分子还十分有限，且仅能测定细胞内脂质的含量。因此，开发出一种专门定位于溶酶体细胞器内腔并及时对脂质含量做出响应的探针极其迫切。单壁碳纳米管（SWCNTs）可以在近红外（NIR）区域发出窄带隙的高稳定性荧光，这类荧光对局部扰动十分敏感，可以通过溶剂化显色反应对局部微环境变化做出响应。基于此，2017年，DanielA. Heller教授课题组在《ACSNano》上发表了题为“ACarbon Nanotube Optical Reporter Maps Endolysosomal Lipid Flux”的文章，报道了其在小分子探针领域的取得的研究成果。在该论文中作者们构建了一种生物相容性良好的“光学报告器”，该报告器可以特异性定位在活细胞的溶酶体腔内，而对细胞器的形态、消化底物的能力、细胞活力、增殖没有影响。ss(GT)6-(8,6)对脂质含量变化的响应性作者们通过非共价键将SWCNTs与DNA结合在一起，采用高效液相色谱法（HPLC）对不同长度的SWCNTs进行分离，并通过低密度的脂质蛋白（LDL）诱导发射波长蓝移，筛选出具有较大蓝移位移的DNA-CNTs复合物，命名为ss(GT)6-(8,6)。借助于高光谱显微镜，获得了在七种不同溶剂环境中ss(GT)6-(8,6)复合物与溶剂介电常数的关系，证实了ss(GT)6-(8,6)复合物与溶剂介电常数相关，分子动力学模拟也表明低介电常数会使ss(GT)6-(8,6)复合物的发射波长蓝移（图1）。图1. ss(GT)6-(8,6)对脂质的响应；（a）标准化吸收-发射光谱；（b）发射波长与胆固醇-PEG浓度的函数；（c）不同溶剂中的平均发射波长；（d）分子动力学模拟平衡结构示意图；（e）水分子密度与SWCNTs表面距离的函数作者们使用荧光显微镜对ss(GT)6-(8,6)复合物与哺乳动物细胞之间的相互作用进行了探究。将巨噬细胞置于含0.2 mg/L ss(GT)6-(8,6)复合物的10%血清(FBS)中培养，用新鲜的无复合物培养液冲洗，显微镜下巨噬细胞发出强烈的荧光，说明ss(GT)6-(8,6)复合物与细胞紧密结合在了一起，37℃之下培养的巨噬细胞的荧光强度是4℃下的十倍，说明细胞对于ss(GT)6-(8,6)复合物的内吞作用有很强的能量依赖性。ss(GT)6-(8,6)在细胞内的定位作者们对巨噬细胞进行了一系列的成像实验确定了ss(GT)6-(8,6)复合物在细胞内的位置。使用Cy3对DNA进行标记，分别在NIR和可见光区域对DNA-CNTs进行成像，两种情况下所观察到的荧光信号在细胞内的位置相同，说明结合到CNTs上DNA是定位CNTs的可靠指示剂。然后作者们用Lyso Tracker Green对Cy5标记ss(GT)6-(8,6)复合物进行定位，结果表明Cy5和Lyso Tracker Green之间存在共域化，皮尔逊相关系数为0.92 ± 0.036，曼德斯共域系数为0.95 ± 0.018，说明CNTs的发射信号源在溶酶体内腔，另外，CNTs的NIR发射源位置与Lyso Tracker Green发射源位置相同，这在一定程度上也支撑了上述结论。Au纳米颗粒标记CNTs的TEM图也表明CNTs位于溶酶体腔内（图2- 4）。

　　图7：定量测定单核细胞内溶酶体细胞器内脂质的差异性；（a）近红外高光谱的宽场叠加图像；（b）两种细胞的内溶酶体脂质高光谱图像；（c）ss（GT）6-(8，6)复合物在两种细胞的发射像素点内的频率分布直方图概而论之，本工作作者们构建了一种溶酶体脂质通量变化的“光学报告器”，该“光学报告器”可以准确的定位在细胞的溶酶体内腔，而对细胞的正常生理过程没有影响，借助于高光谱显微镜，可以绘制出细胞及细胞器内脂质含量的图像。本工作作为首次报道测量细胞内溶酶体脂质通量的文章，有望在未来脂质类药物的筛选和脂质相关疾病的探索研究中发挥重大作用。参考文献[1] Jena P V, Roxbury D, Galassi T V, etal. A carbon nanotube optical reporter maps endolysosomal lipid flux[J]. ACSNano, 2017 11(11)10689-10703.