Enzymes in Synergy: Bacteria Specific Molecular Probe for Locoregional Im aging of Urinary Tract Infection in vivo

酶的协同作用：细菌特异性分子探针用于体内尿路感染的局部成像

Yan E, Kwek G, An X, Sun C, Liu S, Ng SQ, Lingesh S, Jiang L, Liu G, Xing B. Enzymes in Synergy: Bacteria Specific Molecular Probe for Locoregional Imaging of Urinary Tract Infection in vivo. Angew Chem Int Ed Engl. 2024 Jun 3:e202406843. doi: 10.1002/anie.202406843. Epub ahead of print. PMID: 38828878.

主讲人：刘梦月，2024年6月30日

研究进展：

   尿路感染（Urinary tract infections，UTI）是一种普遍且复发率高的疾病，对人类健康构成了重大威胁。据统计，全球每年有超过1.5亿人受到UTI的困扰，且这一数字还在不断上升。UTI不仅给患者带来极大的痛苦，同时也造成了沉重的医疗负担。此外，随着抗生素耐药性的不断增强，传统的UTI诊断方法已难以满足当前医疗需求。尿路致病性大肠杆菌（Uropathogenic Escherichia coli，UPECs）作为UTI的主要病原体，其快速准确的诊断对于及时治疗和防止抗生素耐药性的发展至关重要。然而，传统的诊断方法存在诸多限制，如耗时长、临床检测操作繁琐，准确性不足等，这些迫切需要一种新的诊断思路来突破现有技术瓶颈。

研究内容：

  该篇文章报道了一种技术创新，设计新颖的受环境响应激发，准确病灶定位的小分子多肽近红外荧光探针NO-AH。该探针巧妙地利用UPECs细菌生物膜结构的特点，根据不同蛋白酶在细菌膜结构不同部位的空间分布，能够特异性地被UPECs细菌表面的OmpT以及膜周质APN酶层级识别并激活。

  具体而言，外膜OmpT酶首先触发探针的初步切割，释放出可被UPECs周质APN酶进一步识别的中间产物，在双酶协同作用下，最终特异性地将激活的近红外荧光探针锁定在UPECs膜间质区域。这种双重酶协同分子切割激活机制不仅确保了探针只在UPECs存在时才会发光，并且荧光信号能够在UPECs细菌的周质空间实现定位，这使得在体外和活体内实验中对UTI感染部位的精准成像成为可能。

要点：

1.NO-AH探针在同时孵育OmpT和APN时，荧光强度显著增强，证明了双酶协同作用在探针识别中的重要性。

2.验证NO-AH探针在实际细菌中的成像效果，研究团队选择了三种高OmpT表达的UPECs菌株（E. coli CFT073, E. coli UTI89和E. coli J96）进行测试。结果显示，这三种菌株在NO-AH探针孵育后，均表现出强烈的荧光信号，而对照菌株（如MRSA, E. faecalis和P. mirabilis）则无明显荧光增强。这一结果清晰地展示了NO-AH探针在特异性靶向UPECs方面

的优越性能。放大的荧光成像显示了CFT073菌株表面形成了一个独特的轮廓，这预示了探针NO-AH在细菌的周质空间具有精确的定位。

3。通过构建小鼠UTI模型，研究团队还证实了该探针在活体内的成像效果。无论是通过膀胱内注射还是静脉注射，NO-AH探针都能在感染部位产生明显的荧光增强且信号持久，证实了其在实时监测和定位UTI感染方面的潜力和准确性。

总结和展望：

   开发了一种一流的近红外荧光探针(NO-AH)，用于体内和 体外中尿路感染的实时和局部细菌成像。OmpT 和 APN 两种膜酶在不同胞内空间协同激活特异性触发的 NIR 探针，可将 NO-AH 的激活荧光捕获在周质区域内，从而确立了 UPECs 菌株和混合细菌环境中细菌局部成像的可行性。这种独特的探针设计展示了细菌表面蛋白酶协同作用的特殊特征，用于快速和局部鉴定导致UTI 感染的 UPECs 菌株，可最大限度地降低因尿样分析而导致误诊的可能性，为及时、准确的 UTI 诊断的前所未有的发展提供了新的见解，以便在未来进行有效的抗菌治疗管理。