NIR-II应用｜无标记近红外二区荧光成像用于慢性肝脏疾病无创监测

       慢性肝脏疾病以及随之带来的肝纤维化是普遍且日益严重的公共健康问题。非酒精性脂肪性肝病（NAFLD, Non-alcoholic fatty liver disease）是指除外酒精和其他明确的损肝因素所致的肝细胞内脂肪过度沉积为主要特征的临床病理综合征。随着全球肥胖和代谢疾病患者人数的增加，NAFLD逐渐成为慢性肝病的首要病因。

          NAFLD的发展与多种病理生理学的破坏有关，其中氧化应激是该疾病发展的关键驱动力之一。肝损伤和坏死性炎症由驱动纤维化的活性氧簇（ROS, Reactive oxidative species）介导。目前，由于缺乏用于监测炎症和肝纤维化进程的无创方法，肝活检仍是临床诊断NAFLD的金标准。

          内源性脂褐素（lipofusion）是ROS的副产物，在808nm激光激发下，能够在近红外（NIR, Near-infrared;700nm-1000nm）和短波红外（SWIR, Shortware-infrared;1000-2000nm）范围内检测到。本文作者通过脂褐素的红外成像无创评估坏死性炎症活动和纤维化阶段，实现慢性肝病的无创监测。

          首先，在四氯化碳（CCl4, Carbon tetrachloride）诱导的肝纤维化小鼠模型中，能够在肝脏处检测到自发荧光信号，而正常组小鼠肝脏处则无明显的信号。在离体的肝脏中，也呈现相同的情况。

图1. （a）进行性纤维化组和对照组小鼠自发荧光 （b、c）6周后小鼠自发荧光强度 （d、e）6周后离体肝组织的自发荧光强度

          随后进行的F4/80巨噬细胞标记以及三种脂褐素/类固醇脂质体染色剂苏丹黑B染色（SBB, Sudan black B）、尼罗蓝（NBS, Nile blue A sulfate）、高碘酸希夫糖酶（PAS-D, Periodic Acid Schiff Diastase）染色实验进一步确定脂褐素是肝纤维化小鼠模型中，自发荧光信号的来源。

图2. 肝纤维化小鼠肝脏免疫组织化学染色切片明场图片和自发荧光图片

          接着，在小鼠肝纤维化消退实验中，前3周进行CCl4肝损伤的诱导，后5周进行肝损伤的恢复，8周后小鼠的体内荧光成像以及小鼠离体肝脏荧光成像显示，肝纤维化消退组的小鼠与对照组的荧光强度无明显的差异，而与8周CCl4诱导的小鼠相比，两者的荧光强度有明显的差异性。

图3. （a）小鼠肝纤维化消退实验方案示意图 （b、c）3组小鼠体内荧光成像 （d、e）3组小鼠离体肝脏组织荧光成像

          与此同时，作者还研究了在高脂饮食小鼠模型中利用脂褐素自发荧光对NAFLD进行追踪的实验。通过小鼠体内自发荧光图像以及离体肝组织荧光图像可以明显的观察到肝脏处的荧光强度逐渐增强，说明随着造模时间的延长，肝脏处的脂褐素的浓度升高，肝纤维化的程度加深。

 图4. （a）高脂饮食小鼠模型中，体内肝脏处的自发荧光（b）离体肝脏的荧光成像

           最后，研究人员进一步证明了非酒精性脂肪性肝炎（NASH, Non-alcoholic steatohepatitis）患者的活检样本也表现出NASH与NASH肝硬化相关的NIR-SWIR自发荧光，NIR-SWIR自体荧光可以区分非肝硬化性NASH患者和NASH肝硬化患者，从而为进一步研究慢性肝病诊断领域打开了大门。

图5 （a）NASH患者样本组织染色切片 （b）切片NIR-SWIR荧光成像

文献来源： 

Nature Biomedical Engineering volume 4, pages801–813(2020)

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