1 引言

近红外（NIR）荧光成像技术凭借其较低的组织自发荧光背景和较深的组织穿透能力，已成为活体动物模型研究中不可或缺的观测手段[2]。在众多近红外荧光团中，花菁类染料Cy7因其吸收和发射波长恰好落在组织光学窗口I（约650–950 nm）而备受关注。然而，传统Cy7染料固有的疏水性易导致其在 aqueous 环境中发生聚集，不仅淬灭荧光，还可能导致非特异性摄取和标记效率下降。为解决这一问题，研究者通过在花菁骨架的吲哚环上引入磺酸基团（-SO3-），显著提升了染料的水溶性和生物相容性，同时保持了其光谱特性。磺化Cy7-马来酰亚胺（Sulfo-Cy7 Maleimide）正是这一设计思路的典型产物，其马来酰亚胺（maleimide）活性基团能够与生物分子中的巯基（-SH）发生高度特异性的共价反应，为蛋白质、抗体和多肽的位点选择性荧光标记提供了有力工具。

尽管近红外荧光成像领域进展迅速，但围绕巯基反应性探针的标记化学与成像应用之间仍存在知识衔接的间隙。现有文献多聚焦于特定探针的成像效果，而对标记策略本身的化学原理、位点选择性及其对探针性能的影响缺乏系统梳理[3,5]。本文拟从化学与成像应用的双重视角，首先阐述磺化Cy7-马来酰亚胺的光物理与反应特性，继而分析马来酰亚胺-巯基偶联反应的关键影响因素，最后结合近红外荧光成像的最新研究案例，讨论该标记策略在活体成像中的适用性与局限性。

2 磺化Cy7染料的光学设计逻辑与巯基反应化学

2.1 光学窗口选择与磺化修饰的必然性

近红外荧光成像的核心优势在于降低生物组织（如血红蛋白、水、脂质）对光的吸收和散射，同时规避可见光波段强烈的自发荧光干扰。Cy7染料的吸收峰约在750 nm，发射峰约在773 nm，处于组织光学窗口I内，适用于活体成像。然而，未经修饰的Cy7染料水溶性极差，在生理缓冲液中易形成H-聚集体，导致荧光量子产率显著降低。磺化修饰通过引入两个带负电荷的磺酸基团，不仅赋予染料优异的水溶性（产品资料显示其极易溶于水），还利用静电排斥作用有效抑制了染料分子间的π-π堆积，从而在 aqueous 环境中维持了较高的荧光强度。这一策略与文献中关于小分子近红外荧光团理性设计的思路一致，即通过引入离子型取代基来平衡疏水骨架与亲水环境之间的矛盾[3]。

2.2 马来酰亚胺-巯基偶联的反应机制与选择性

马来酰亚胺基团在近中性pH（6.5–7.5）条件下能够与巯基发生快速的迈克尔加成反应，形成稳定的硫醚键。该反应对巯基的选择性远高于氨基，这主要归因于反应动力学差异：在生理pH下，巯基的pKa约为8.3，部分以硫醇阴离子（-S-）形式存在，而马来酰亚胺的缺电子双键对亲核性更强的硫醇阴离子具有显著的动力学偏好。然而，该选择性并非绝对。当pH超过7.5时，蛋白质赖氨酸残基的氨基（-NH2）去质子化程度增加，可能与巯基竞争反应，导致非特异性标记。因此，在利用磺化Cy7-马来酰亚胺进行抗体或蛋白质标记时，严格控制缓冲液pH在6.5–7.2范围内是保证标记特异性的关键。此外，马来酰亚胺环在 aqueous 环境中可能发生水解开环，生成无反应活性的马来酰胺酸，这一副反应在碱性条件下尤为显著，进一步凸显了pH控制的重要性。

值得注意的是，蛋白质中半胱氨酸残基的分布和微环境直接影响标记效率与均一性。对于含有多个游离巯基的蛋白质，马来酰亚胺标记可能导致多位点修饰，进而影响蛋白质的构象和功能。因此，在标记抗体等敏感生物分子时，常需通过还原剂（如TCEP或DTT）预处理来暴露铰链区巯基，并严格控制染料与蛋白质的摩尔比，以实现可控的标记度。

3 近红外荧光成像技术进展与巯基标记策略的融合

3.1 活体成像对探针性能的严苛要求

活体近红外荧光成像的成功实施依赖于探针在复杂生物环境中的稳定性、靶向性和信号强度。文献报道的多种近红外探针，如ASP5354，已在膀胱癌和胃癌动物模型中展示了术中成像的潜力[5,6]。然而，这些研究多聚焦于探针的宏观成像效果，对探针与靶标分子之间的偶联化学关注有限。相比之下，磺化Cy7-马来酰亚胺提供了一种模块化的标记平台：研究者可先将马来酰亚胺探针与靶向分子（如抗体、多肽）共价偶联，再对偶联产物进行纯化和表征，从而确保成像信号的特异性来源于靶向分子而非游离染料。这种“先标记、后成像”的策略，与直接注射非靶向荧光染料的模式相比，在机制上更为清晰，也更易于解释成像结果。

3.2 蛋白质-蛋白质相互作用成像中的潜在应用

近红外荧光互补系统为活体成像蛋白质-蛋白质相互作用提供了新思路[4]。尽管该文献未明确使用磺化Cy7-马来酰亚胺，但其技术逻辑与巯基标记策略存在交集：若将马来酰亚胺修饰的Cy7染料与带有游离巯基的互补片段偶联，理论上可构建基于荧光互补的相互作用报告系统。然而，这一设想目前尚缺乏直接的实验证据。现有文献中，近红外荧光互补系统多采用荧光蛋白或量子点作为发光单元，小分子染料的互补应用鲜有报道[4]。因此，磺化Cy7-马来酰亚胺在该方向上的适用性仍需进一步验证，包括染料标记对互补片段折叠和结合活性的影响、标记位点的空间位阻效应等。

3.3 探针稳定性与成像模态的匹配

需要指出的是，磺化Cy7-马来酰亚胺的发射波长位于NIR-I窗口，而近红外二区（NIR-II，>1000 nm）成像因其更低的散射和更深的穿透深度正受到广泛关注[2]。尽管NIR-II成像在理论上具有优势，但其对探针的光学性能（如量子产率、发射截面）要求更为苛刻，且目前可用的NIR-II染料种类有限。在NIR-I窗口内，磺化Cy7染料凭借成熟的光学参数和良好的水溶性，仍是许多活体成像研究的务实选择。此外，文献[1]报道的无荧光近红外纳米探针用于共振拉曼成像，代表了另一种避开荧光背景干扰的成像策略。该策略与荧光成像在原理上互补，而非替代关系。对于需要高灵敏度、实时动态观测的应用，荧光标记仍具有不可替代的价值；而对于需要高空间分辨率和无背景干扰的检测，拉曼成像则展现出独特优势。研究者应根据具体科学问题选择匹配的成像模态与探针化学。

4 局限性与未来方向

当前关于磺化Cy7-马来酰亚胺的公开文献证据存在明显局限。首先，所引用的近红外成像研究大多未直接使用该化合物，其结论外推至磺化Cy7-马来酰亚胺时需谨慎[3,5,6]。其次，缺乏该染料在复杂生物基质中的光稳定性、抗聚集性能以及标记产物体内药代动力学的系统表征数据。马来酰亚胺标记的抗体或蛋白质在体内的清除途径和背景信号水平，可能因染料的水溶性修饰而不同于传统疏水性花菁染料，但这一假设尚待实验验证。未来研究应着重开展以下工作：（1）系统评估磺化Cy7-马来酰亚胺标记对常见靶向分子（如抗体片段、亲和体）的亲和力和药代动力学的影响；（2）探索位点特异性标记策略，如通过基因工程引入单一游离半胱氨酸残基，以实现均一的染料-蛋白质偶联比；（3）结合NIR-II成像技术的发展，设计具有更长发射波长的磺化花菁染料衍生物，以进一步拓展活体成像的深度与分辨率。

5 结语

磺化Cy7-马来酰亚胺代表了近红外荧光标记化学中“水溶性优化”与“巯基特异性偶联”两种设计理念的融合。其化学基础坚实，反应条件可控，为蛋白质和抗体的近红外荧光标记提供了实用工具。然而，从化学试剂到可靠的活体成像探针，仍需跨越标记均一性、体内稳定性与靶向特异性等多重障碍。研究者应在充分理解马来酰亚胺-巯基反应特性的基础上，结合具体成像需求，审慎设计标记方案与实验对照，以充分发挥该探针的潜力并合理解释成像数据。

参考文献

• Fluorescence-free near-infrared nanoprobes for in vivo resonant Raman imaging

Guowei Fu, Jin Li · Chemical Engineering Journal · 2025

DOI: 10.1016/j.cej.2025.167709

产品相关性评分: 27/100

关联性分析: 该文献标题为'无荧光近红外纳米探针用于体内共振拉曼成像'，核心是无荧光（fluorescence-free）纳米探针与共振拉曼成像，而非使用Cy7马来酰亚胺类荧光染料进行巯基标记。目标产品磺化Cy7-马来酰亚胺是一种近红外荧光染料-巯基反应试剂，其核心用途是荧光标记与成像；而本文明确采用'无荧光'策略，与产品的荧光成像定位存在根本性冲突。摘要缺失，无法确认文中是否提及或使用该化合物或其直接衍生物，从标题判断极不可能真正使用目标产品，故化合物匹配度极低。应用场景虽涉及近红外与体内成像，但为拉曼成像而非荧光成像，仅部分契合。实验模型（体内成像）与产品预期活体成像领域有部分重叠，但检测模态不同。方法学严谨性因摘要为空、无光谱/标记效率/细胞毒性等关键表征数据可评估，给低分。期刊Chemical Engineering Journal为高影响力期刊（h-index 385），研究创新性较好，故影响力得分中等偏上。总体而言，该文献与目标产品相关性弱，不建议作为该化合物的应用参考文献。

• Near-infrared II fluorescence imaging

Nature Reviews Methods Primers · 2024

DOI: 10.1038/s43586-024-00309-3

产品相关性评分: 36/100

关联性分析: 该文献为Nature Reviews Methods Primers上关于近红外二区（NIR-II）荧光成像的综述/方法指南，主题与近红外荧光成像相关，但目标产品磺化Cy7-马来酰亚胺的发射波长约773 nm，属于NIR-I窗口，与NIR-II（通常>1000 nm）成像范畴存在明显波段差异，应用场景仅部分契合。文献未明确提及或研究磺化Cy7-马来酰亚胺或其直接衍生物，也未提供该化合物的光谱、标记效率、细胞毒性或光稳定性等表征数据，化合物匹配度与方法严谨性评分低。作为高影响力期刊的方法学综述，研究影响力评分较高。总体而言，该文献与目标产品相关性较弱，不宜作为该化合物的直接应用或表征依据。

• Rational Design of a Small Molecular Near-Infrared Fluorophore for Improved In Vivo Fluorescence Imaging

Gayoung Jo, Yoonbin Park, Min Ho Park, Hoon Hyun · Materials · 2023

DOI: 10.3390/ma16227227

产品相关性评分: 27/100

关联性分析: 该文献设计并开发了一种新型小分子近红外荧光染料SMF800，并非使用目标产品磺化Cy7-马来酰亚胺（CAS: 1422279-40-0）或其直接衍生物。SMF800虽同为近红外荧光染料，但属于不同化学结构，因此化合物匹配度极低。应用场景方面，文献涉及活体荧光成像（骨和肿瘤靶向），与产品描述的活体成像应用有一定契合。实验模型使用小鼠活体成像，与产品预期应用领域部分一致。但文献未提供目标化合物的任何光谱数据、标记效率或细胞毒性等关键表征，方法学严谨性得分低。期刊Materials为中等影响力期刊，研究创新性一般。总体相关性较低，主要因未使用目标化合物。

• A tandem near-infrared fluorescence complementation system with enhanced fluorescence for imaging protein–protein interactions in vivo

Minghai Chen, Chuang Yan, Yingxin Ma, Xian-En Zhang · Biomaterials · 2021

DOI: 10.1016/j.biomaterials.2020.120544

产品相关性评分: 50/100

关联性分析: 该文献标题描述了一种串联近红外荧光互补系统用于活体成像蛋白质-蛋白质相互作用，但摘要和关键词缺失，无法确认是否明确使用或研究了目标化合物磺化Cy7-马来酰亚胺。考虑到近红外荧光互补系统可能涉及Cy7类染料，但更可能使用其他近红外荧光蛋白或染料，化合物匹配度较低。应用场景（活体成像蛋白质相互作用）与产品描述的部分应用（活体成像、蛋白质标记）有一定相关性，但并非直接针对马来酰亚胺标记巯基的典型应用。实验模型可能涉及细胞或动物，与产品预期应用领域部分一致，但信息不足。数据与方法严谨性无法评估，因缺乏摘要和具体表征数据。期刊Biomaterials影响力较高，但文献本身创新性一般。总体相关性较低，需进一步获取全文确认染料使用情况。

• In Vivo Optical Imaging of Bladder Cancer Tissues in an MB49 Bladder Cancer Orthotopic Mouse Model Using the Intravesical or Intravenous Administration of Near-Infrared Fluorescence Probe

Katsunori Teranishi · International Journal of Molecular Sciences · 2023

DOI: 10.3390/ijms24032349

产品相关性评分: 42/100

关联性分析: 该文献使用的近红外荧光探针ASP5354并非目标化合物磺化Cy7-马来酰亚胺，也未提及其为直接衍生物，仅同属近红外荧光染料类别，因此化合物匹配度极低。应用场景为膀胱癌活体光学成像，与产品描述的活体成像应用有一定相关性，但产品核心应用还包括抗体/蛋白标记等，文献未涉及。实验模型为MB49膀胱癌原位小鼠模型，与产品预期用于活体动物成像的领域基本一致。方法学上仅描述了ASP5354的成像效果，未提供目标化合物的光谱数据、标记效率、细胞毒性或光稳定性等关键表征数据，严谨性不足。期刊为International Journal of Molecular Sciences，影响因子和引用潜力中等，研究具有一定创新性但非目标化合物相关。整体评分较低，主要因文献未真正使用目标化合物。

• In vivo near-infrared fluorescence imaging of gastric cancer in an MKN-45 gastric cancer xenograft mouse model using intraoperative ureteral identification agent ASP5354

Katsunori Teranishi · Photochemical & Photobiological Sciences · 2023

DOI: 10.1007/s43630-023-00410-8

产品相关性评分: 36/100

关联性分析: 该文献研究的是ASP5354（一种用于术中输尿管识别的近红外荧光剂），并非磺化Cy7-马来酰亚胺。ASP5354虽为近红外荧光探针，但其化学结构未在标题/摘要中明确为Cy7马来酰亚胺衍生物，且文献未提及使用目标化合物或其直接衍生物，因此化合物匹配度极低。应用场景为活体近红外荧光成像，与产品描述的活体成像应用有一定契合；动物模型为胃癌皮下移植瘤小鼠，与产品预期生物医学成像领域部分一致；但文献未提供该化合物的光谱、标记效率、细胞毒性或光稳定性等关键表征数据（摘要为空，信息有限），方法学严谨性评分低。期刊影响力中等，创新性一般。总体相关性较低。