子科生物報道：隨著全球人口老齡化日益加重，神經(jīng)退行性疾?。∟D）的發(fā)病率和死亡率迅速增加。帕金森病(PD)、阿爾茨海默病(AD)、亨廷頓舞蹈病(HD)等神經(jīng)退行性疾病的共同病理表現(xiàn)為毒蛋白蓄積造成的神經(jīng)元損傷。基于不斷增長的臨床需求，對神經(jīng)元線粒體的動態(tài)監(jiān)測技術(shù)已成為ND藥物研發(fā)的急迫需求。線粒體功能障礙在ND發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。原發(fā)性線粒體異常出現(xiàn)在毒蛋白蓄積和疾病臨床癥狀之前。隨著ND進展，毒蛋白逐漸沉積并誘發(fā)繼發(fā)性線粒體功能障礙，例如酶活性受損和線粒體蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)改變。在ND后期階段，線粒體損傷加劇，嚴重的線粒體功能障礙會導(dǎo)致神經(jīng)元死亡并造成認知損傷。因此，可視化神經(jīng)元線粒體狀態(tài)對于監(jiān)測ND進程和評估候選藥物療效均具有重要作用。熒光顯微成像具有靈敏度高、操作簡單、時空分辨率高等諸多優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于線粒體功能研究。由探針和顯微鏡構(gòu)成的熒光成像平臺通過動態(tài)監(jiān)測線粒體形態(tài)、功能變化，為ND的精確診斷和候選藥物療效評估提供新工具。

       藥學(xué)院李聰教授團隊對近年來報道的靶向ND線粒體功能異常的熒光成像工具進行了系統(tǒng)總結(jié)，該工作以題為《可視化神經(jīng)退行性疾病線粒體異常的熒光顯微成像平臺》（Fluorescence microscopic platforms imaging mitochondrial abnormalities in neurodegenerative diseases）的綜述文章發(fā)表在《Advanced Drug Delivery Reviews》雜志。該工作首先揭示了神經(jīng)退行性疾病發(fā)生、發(fā)展過程中神經(jīng)元線粒體在代謝、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生的異常特征，闡述了跨尺度、多層次監(jiān)測線粒體異常的熒光顯微鏡平臺，總結(jié)了用于可視化線粒體結(jié)構(gòu)、代謝和功能異常的多功能熒光探針，最后討論了熒光顯微技術(shù)在監(jiān)測ND進展及創(chuàng)建線粒體靶向藥物中的挑戰(zhàn)。

       神經(jīng)退行性疾病的線粒體病變表現(xiàn)在代謝異常、功能異常和結(jié)構(gòu)異常三個階段。（1）ND早期，神經(jīng)元線粒體能量代謝異常，ATP產(chǎn)生減少，活性氧增加，氧化應(yīng)激損傷明顯；（2）ND發(fā)展中期，線粒體表現(xiàn)出膜電位改變、自噬缺失和相關(guān)酶活性下降等功能性異常；（3）ND后期，線粒體表現(xiàn)腫脹、嵴數(shù)量減少、碎片增多等結(jié)構(gòu)異常。對上述線粒體異常行為可視化對研究ND發(fā)生、發(fā)展有重要作用。

圖1. 熒光顯微成像平臺監(jiān)測神經(jīng)元線粒體代謝、功能和結(jié)構(gòu)異常為研究神經(jīng)退行性疾病發(fā)生發(fā)展機制和藥物篩選提供新工具

       熒光顯微技術(shù)是可視化線粒體異常的重要工具。超分辨熒光顯微鏡、多光子熒光顯微鏡和熒光壽命顯微鏡在成像神經(jīng)元線粒體中具有優(yōu)勢。例如，超分辨顯微鏡中的受激輻射損耗（STED）顯微鏡的成像分辨率可以突破衍射極限，達到20–80 nm，有利于成像線粒體超微結(jié)構(gòu)。多光子熒光顯微鏡的優(yōu)勢在于高組織穿透性和長時程成像，有利于腦組織的深層成像。熒光壽命顯微鏡基于熒光壽命成像，具有靈敏度強，信噪比高等優(yōu)勢。文章介紹了上述熒光顯微鏡優(yōu)勢特點及其在線粒體可視化方面的應(yīng)用。此外，開發(fā)高特異性、高信噪比的熒光探針是可視化線粒體異常的關(guān)鍵。文章列舉了用于線粒體結(jié)構(gòu)、代謝和功能成像的熒光探針，總結(jié)了其觀察線粒體異常機制和制備方法。響應(yīng)性熒光探針具有識別線粒體代謝微環(huán)境能力，實現(xiàn)對ROS、ATP、NAD(P)H及Ca2+等線粒體標志性代謝物的特異性監(jiān)測。熒光探針成功揭示ND神經(jīng)元線粒體的酶活性水平、pH異常、氧化應(yīng)激損傷等多種特征性病理變化，為ND線粒體成像提供了有力工具。

       盡管熒光顯微成像技術(shù)在ND線粒體可視化領(lǐng)域取得進展，但其在精準成像和臨床轉(zhuǎn)化方面存在挑戰(zhàn)。首先，構(gòu)建針對線粒體安全、靈敏、親和力強的熒光探針仍然困難。其次，探針血腦屏障通透性低是臨床轉(zhuǎn)化的重要阻礙。此外，與CT、磁共振等影像技術(shù)相比，熒光成像穿透力較低，難以透過頭骨進行腦疾病無創(chuàng)成像。上述問題的解決將促進熒光技術(shù)臨床應(yīng)用，實現(xiàn)神經(jīng)元線粒體功能評價和ND早期診斷。