本研究开发了一种新型的中性粒细胞弹性蛋白酶激活的比例光声纳米探针（SPNE），用于非侵入性、实时成像动脉粥样硬化斑块的易损性。动脉粥样硬化是全球心血管疾病的主要诱因，其中中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）作为一种关键蛋白酶，通过降解细胞外基质和破坏斑块纤维帽稳定性，显著加剧疾病进展。然而，现有NE检测方法无法在活体内实现动态监测。该纳米探针具备高选择性、高灵敏度和强抗干扰能力，成功建立了体内光声信号比率与NE浓度的定量关系，并引入易损性指数评估斑块不稳定性。实验表明，SPNE能够预测炎症反应对斑块破裂风险的影响，并可视化炎症条件下内膜增生中NE的动态变化，为心血管疾病研究提供了重要工具。

本研究成果由Hui Cao、Xin Meng、Yuan Ma、Zhe Li、Xinyu Xu、Jiaqi Fu、Qingpeng Zhang、Hanlin Wei、Peng Liang、Dingyou Lu、Jinyu Li、Baoli Yin、Shuangyan Huan、Xiao-Bing Zhang和Guosheng Song共同完成，论文题为“Neutrophil elastase-activatable ratiometric photoacoustic nanoprobes for imaging atherosclerotic plaque vulnerability”，于2025年10月在《Nature Communications》期刊在线发表。

重要发现
01探针设计与合成机制
本研究核心是开发一种中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）激活的比例光声纳米探针（SPNE）。SPNE由两部分组成：一是NE响应性探针（NERP），作为可激活的光声模块；二是基于苯并三唑的融合环分子，作为NE非响应性参考信号。NERP通过将NE可切割的肽底物（N-乙酰-Ala-Ala-Pro-Val-COOH）与半花青荧光团（Hcy）通过脱水缩合反应合成。在未激活状态下，SPNE仅产生微弱的光声信号；当与NE反应后，肽段被切割，恢复分子内电荷转移效应，导致在695纳米波长处光声信号显著增强，而800纳米波长处的信号保持不变。这种设计使得PA695/PA800比率直接反映NE活性。纳米探针通过纳米共沉淀法合成，使用聚苯乙烯-马来酸酐（PSMA）和DSPE-PEG2000作为表面活性剂，形成粒径约40纳米的球形颗粒，具备良好的胶体稳定性。

创新与亮点
本研究突破了动脉粥样硬化成像中的两大难题：一是传统单波长光声探针易受探针浓度、清除动力学和局部环境干扰，无法实现定量分析；二是体内光声信号与实际NE含量难以关联。SPNE通过比例设计（PA695/PA800）实现了自校准，消除了外部变量影响，首次建立了体内NE定量方法。技术层面，该探针结合了半导体聚合物纳米材料的高稳定性和比例光声成像的深部组织穿透能力（可达数毫米），空间分辨率高，优于荧光成像的有限穿透深度和光散射问题。

在实际应用价值上，SPNE为光学生物医疗领域提供了革命性工具。在心血管疾病中，它允许非侵入性、实时监测斑块炎症状态，助力早期诊断和风险分层。例如，在个性化医疗中，医生可根据NE水平定制抗炎或降脂方案，优化治疗策略。同时，该技术适用于术后监测，如血管介入后的内膜增生评估，减少再狭窄导致的二次伤害。展望未来，SPNE的模块化设计可适配其他蛋白酶靶点，拓展至肿瘤或炎症性疾病成像，推动分子影像学发展。

总结与展望
本论文成功开发了一种中性粒细胞弹性蛋白酶激活的比例光声纳米探针，通过比例信号设计实现了动脉粥样硬化斑块内NE的体内定量成像，并结合易损性指数提供了斑块稳定性的综合评估工具。实验证明，SPNE具备高灵敏度、强特异性和抗干扰能力，在炎症模型和药物治疗监测中表现出色。未来工作可聚焦于临床转化，如优化探针生物相容性以用于人体试验，或整合多模态成像技术提升诊断精度。此外，探索环境因素（如生活方式）对斑块炎症的影响，将有助于心血管疾病的预防医学发展。总之，SPNE为心血管研究开辟了非侵入性动态监测的新途径，具有广阔的临床应用前景。

DOI:10.1038/s41467-025-64633-2.