受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering，SRS）显微镜是无标记生物成像领域的重要技术之一。该技术利用非线性效应显著增强化学键的拉曼振动跃迁信号，能够在活细胞与活体动物中实现生物分子的定量化学成像，为药物递送追踪、代谢过程监测及精准医学研究提供可视化手段。

当前，SRS成像领域已发展出多种定制化探针策略，如基于吡喃宁的曼哈顿拉曼散射（Manhattan Raman Scattering，MARS）系列和基于聚炔的“碳彩虹”（Carbow）系列。它们利用三键在细胞静默区（1800–2800 cm⁻¹）内的尖锐拉曼峰，实现低背景的多通道成像。然而，现有光激活SRS探针主要集中于光开关型二芳基乙烯（DAE）和笼状环丙烯酮两类，SRS更多被用作成像手段；其在光控药物释放中实时、定量追踪释放物种的优势尚未得到充分挖掘。

光控释放技术，尤其是光控药物释放，要求以高空间分辨率实时、定量追踪被释放的活性分子，从而实现即时、精准的反馈式激活，这是传统成像技术难以实现的目标。以亚硝基氢（nitroxyl，HNO）为例，HNO是一氧化氮经单电子还原并质子化后的形式，在心血管、肿瘤、神经及免疫相关疾病中具有潜在治疗价值。但其反应活性高、寿命短，使其在活体中浓度及动力学变化的准确追踪极为困难；同时，HNO的效应高度依赖浓度：低水平时可发挥信号分子作用，高水平时则可能产生细胞毒性。因此，剂量可控、时空精准的释放是HNO治疗策略面临的关键问题。

该研究开发了一系列基于偶氮苯甲腈骨架的光激活SRS探针，通过1,2,4-恶二唑-4-氧化物（OXA）对氰基强SRS信号进行笼蔽，在可见光照射下高效释放等摩尔量的活性HNO与氰基偶氮苯报告分子。关键性能参数包括：光转换效率最高为95.1%，反应动力学半衰期可在3.97–33.56 s范围内调节，振动指纹峰位于2224–2245 cm⁻¹的细胞静默区，SRS信号相对增强因子（RIE）最高为9.2（相对于EdU），检测限低至51 μM。

该研究发表于《Nature Communications》，论文题为：Real-time photoactivated SRS imaging enables spatiotemporally controlled nitroxyl release and therapeutic guidance in vivo。

该探针体系的工作原理为：可见光照射触发OXA环裂解，生成酰基亚硝基中间体；该中间体随后迅速转化为苯甲酸和HNO。同时，新生成的氰基偶氮苯分子的C≡N伸缩振动产生强SRS信号，从而实现对HNO释放的定量报告。例如，在4′位引入甲氧基的化合物7可将光反应速率常数提高至0.2259 s⁻¹，半衰期缩短至3.97 s；引入丁基的化合物10则可将半衰期延长至33.56 s，实现约十倍范围的动力学调控。此外，三苯基膦修饰可使探针靶向线粒体，二甲胺修饰可使探针靶向溶酶体，而探针自身亲脂性可使其靶向脂滴，分别用于不同亚细胞结构中的HNO释放研究。

研究团队将423 nm光激活激光集成至SRS显微系统中，通过BBO倍频晶体由845 nm泵浦光产生激活光束，构建了集光激活与实时SRS成像于一体的多模态成像平台。在活细胞实验中，该体系在HeLa细胞、3T3细胞及H9c2心肌细胞中实现了线粒体、溶酶体和脂滴三个亚细胞层级的时空精准光激活。脉冲追踪实验证实，照射区域内的SRS信号在60 s内快速上升，未照射区域则保持静默。在斑马鱼心衰模型中，维拉帕米诱导后，斑马鱼心率从148±22 bpm降至51±14 bpm，心室面积从3.88×10⁵ μm²增至5.62×10⁵ μm²；经光激活HNO处理后，心率恢复至132±35 bpm，心室面积缩小至4.58×10⁵ μm²，同时atp2a2与myl7基因表达显著恢复。活体SRS成像还显示，斑马鱼体内HNO释放存在明显的“动力学滞后”现象：反应曲线由溶液中的一级动力学转变为S形准自催化动力学，局部HNO浓度峰值约为5.7 mM。

这项工作实现了在活体水平上利用SRS成像对光触发活性分子释放的实时定量监测，为理解复杂生物环境中的光化学反应动力学提供了新视角。研究团队计划基于该模块化探针平台拓展可释放治疗性活性分子的种类，并结合定量活体SRS成像，推动高时空分辨率精准治疗策略的进一步研究，为活性物种信号转导与精准医学研究提供工具。

论文信息

声明：本文仅用作学术目的。

Wu, Y., Ma, L., Ao, J. et al. Real-time photoactivated SRS imaging enables spatiotemporally controlled nitroxyl release and therapeutic guidance in vivo. Nat Commun (2026).

DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75717-y