阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)已成为全球威胁老年人健康的主要神经退行性疾病之一，早期诊断、早期干预是目前临床防治AD的重要手段。然而，AD病理机制十分复杂，其早期诊断仍面临诸多挑战。

近年来，研究逐渐聚焦于溶酶体功能障碍与蛋白质异常相分离的关联。液-液相分离（LLPS）被认为是异常蛋白聚集的重要始事件，而自噬-溶酶体体系的酸化缺陷被视为推动这一过程的关键环节。然而，如何在活细胞内精准、实时、原位监测溶酶体pH动态，研究其与相分离之间作用机制研究，成为破解AD早期诊断技术领域研究的热点与难点。

近日，中国科学院兰州化学物理研究所天然药物与化学测量研究中心海军研究员团队创新性地开发了一种近红外光（NIR）/pH双重激活DNA纳米探针（UTPH），首次实现了对AD病理过程中（如Aβ聚集时）溶酶体pH动态变化的实时、原位成像分析技术，发现了溶酶体pH动态变化与AD疾病进展高度相关。该技术具有高度模块化和可编程性，通过调整DNA序列中的CGC比例，可精细调控探针对溶酶体pH的敏感性范围；通过替换靶向配体，该技术可扩展应用于其它细胞器（如线粒体、细胞核）的溶酶体pH动态精准监测。研究结果为AD等多种神经退行性疾病的病理机制、早期诊断和药物筛选提供了通用的分子工具，也为在亚细胞水平探索生命过程和疾病机制开辟了新途径。

图1. UTPH纳米探针合成及模块化设计示意图

研究工作以“Spatiotemporally controlled imaging of lysosomal pH via NIR/pH dual-activatable DNA nanomachines for early Alzheimer's disease detection”为题发表在Sensors and Actuators: B. Chemical(2025,444,138389)上。兰州化物所博士生高飞为论文第一作者；兰州化物所海军研究员、邸多隆研究员、赵婷婷助理研究员，厦门大学杨立朝教授为该论文共同通讯作者。

团队进一步探索溶酶体功能变化与Aβ蛋白相分离之间的关系。通过ATRP合成pH响应骨架，将AIE染料四苯乙烯（TPE）共价接枝，并自组装包载近红外ACQ染料吲哚菁绿（ICG），形成AIE/ACQ协同的比率成像纳米结构探针(PTI)，实现AD自噬溶酶体酸化缺陷及其驱动的相分离过程的可视化“全流程”监测。

机制研究显示，p62通过其UBA结构域与多聚泛素化链结合介导LLPS；在溶酶体功能受损与Aβ累积协同作用下，多价互作与弱相互作用（如暴露组氨酸侧链的pH敏感作用）共同降低体系溶解度、增强相分离驱动力，促进p62-泛素化Aβ复合体的病理性凝集。该结果从相分离驱动与自噬障碍两个维度揭示了AD中Aβ聚集病理进展中的协同耦合机制。体内研究进一步验证了PTI的应用潜力。静脉给药后结果显示，探针可穿越血脑屏障进入脑组织，且AD小鼠模型的脑区近红外信号随Aβ剂量变化而改变，以此可判别脑组织病理性酸化状态。以上研究实现了自噬溶酶体酸化缺陷与病理性相分离的“同位、同步、同源”可视化解码，揭示了Aβ聚集与溶酶体功能障碍的协同作用是LLPS的重要驱动力，为相分离调控与AD早期诊断、早期干预提供了新视角与策略，有望应用于多种神经退行性疾病的早期诊断和药物开发。

图2. 比率型荧光探针PTI合成及AD自噬溶酶体酸化与相分离机制研究

该研究工作以“Visual Whole-Process Monitoring Dynamic Phase Separation of Autophagic Lysosomes in Alzheimer’s Disease by a Lysosome-Targeted pH-Activated Fluorescence Probe”为题发表在Analytical Chemistry(2025,97,41,22518–22529)上。兰州化物所博士生高飞与厦门大学博士生林万铨为共同第一作者；兰州化物所海军研究员、邸多隆研究员，厦门大学杨立朝教授，新疆大学范仲雄副教授为该论文共同通讯作者。

以上研究得到了国家自然科学基金项目、甘肃省科技计划项目和中国科学院兰州化物所人才引进专项等的支持。