1. 化合物背景介绍

磺化Cy5-羧酸（Sulfo-Cy5 carboxylic acid，CAS 1144107-82-3）属于五甲川花菁染料家族，其核心结构为聚甲川链连接两个含氮杂环，并在杂环上引入磺酸基团（-SO₃⁻）以赋予分子水溶性。与未磺化的Cy5染料相比，磺化修饰显著降低了染料的疏水性聚集倾向，使其在 aqueous 缓冲体系中具有更好的溶解性和较低的背景吸附，这一特性对于生物偶联和活体成像尤为关键。该化合物的羧基（-COOH）为其提供了经典的偶联位点，可通过N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）活化形成活性酯，进而与蛋白质、多肽、抗体或纳米颗粒表面的伯氨基反应，形成稳定的酰胺键。因此，磺化Cy5-羧酸常被视为构建近红外荧光探针的“通用型”模块。

在光谱性质上，Cy5骨架的激发/发射波长通常位于650/670 nm附近，处于近红外窗口的边缘，能够有效减少生物组织的自发荧光和光散射，适用于较深层组织的成像。磺化修饰并未显著改变其光谱特性，但改善了标记产物的药代动力学行为。值得注意的是，游离羧酸形式本身并不直接用于成像，而是作为标记前体或中间体；实际应用中多以其活性酯（如sulfo-Cy5 NHS ester）形式与目标分子偶联。因此，对该化合物的研究进展进行梳理，需结合其衍生物在各类探针构建中的表现。

2. 主要研究进展

近年来，磺化Cy5-羧酸及其衍生物在分子影像探针的开发中积累了丰富的临床前证据。从文献计量角度看，该染料的应用主要集中在以下几个方向：

（1）抗体与肽类探针的荧光标记。 在免疫治疗示踪领域，磺化Cy5被用于标记抗PD-L1抗体，以实现多尺度成像。例如，有研究通过肽段偶联策略将sulfo-Cy5连接到抗PD-L1抗体上，结合荧光成像、SPECT/CT和荧光显微镜，在4T1荷瘤小鼠模型中追踪抗体的体内定位与肿瘤渗透情况[3]。该工作展示了磺化Cy5作为抗体标记报告基团的可行性，其水溶性有助于降低探针在肝脾等网状内皮系统的非特异性摄取。类似地，在GRPR靶向双模态探针的研究中，sulfo-cyanine 5被用于标记肽类配体，实现荧光引导手术与核素成像的互补[2]。这些研究虽未直接表征游离染料的理化性质，但证实了以其为原料构建的探针在活体成像中的稳定性与靶向对比度。

（2）纳米载体与生物颗粒的荧光示踪。 磺化Cy5共价标记山羊乳外泌体的研究提供了另一个典型范例。研究者利用sulfo-Cy5的羧基与外交联剂活化后与外泌体表面蛋白偶联，构建荧光纳米探针，并在RAW 264.7巨噬细胞和小鼠腹膜炎模型中验证了其用于炎症光学成像的潜力[5]。该研究强调了磺化染料在复杂生物纳米颗粒标记中的优势：水溶性好、标记过程温和、对颗粒的物理性质影响较小。此外，在CXCR4靶向肽的荧光内镜研究中，Sulfo-Cy5标记的MK007肽在Barrett食管小鼠模型中展示了近红外内镜成像的可行性[4]，进一步拓展了该染料在黏膜病变检测中的应用场景。

（3）与Cy5.5衍生物的对比与互补。 需要指出的是，部分文献使用的是磺化Cy5.5（sulfo-Cy5.5）而非Cy5。例如，口服双价碳酸酐酶IX靶向探针biAAZ-Cy5.5用于缺氧肿瘤检测的研究[1]，以及可生物降解聚合物纳米颗粒中sulfo-Cy5.5的示踪应用[6]。Cy5.5的发射波长红移至约690–710 nm，组织穿透能力略优于Cy5，但两者在化学偶联策略上高度相似。这些工作间接反映了磺化花菁染料家族的共性设计逻辑，但不宜将Cy5.5的实验数据直接外推至Cy5-羧酸。目前，针对磺化Cy5-羧酸本身的系统性表征（如不同缓冲液中的量子产率、光稳定性、标记效率的定量比较）仍较缺乏，多数研究将其作为探针构建的“工具”而非研究对象，这是该领域方法学上的一个共性局限。

3. 应用场景分析

基于现有文献，磺化Cy5-羧酸的核心应用场景可归纳为以下三类：

（1）临床前肿瘤成像与手术导航。 近红外荧光引导手术旨在提高肿瘤切除的完整性。磺化Cy5标记的肽或抗体探针能够在术中提供实时可视化信号[2,4]。其水溶性有助于降低探针在注射部位的滞留，促进快速分布和清除，从而改善靶本比。然而，现有研究多在皮下移植瘤模型中进行，原位肿瘤及自发肿瘤模型的数据仍然有限，且探针的药代动力学参数（如半衰期、清除途径）受标记分子本身影响较大，难以单独归因于染料。

（2）免疫微环境与炎症过程的动态追踪。 抗PD-L1抗体的多尺度成像研究[3]和外泌体炎症成像研究[5]表明，磺化Cy5标记的探针可用于监测免疫检查点表达和炎症细胞募集。这类应用对染料的光稳定性和生物相容性有一定要求，因为长时间活体成像可能伴随光漂白。目前文献中较少报告磺化Cy5在连续激发下的光漂白速率，这限制了对成像时间窗口的精确评估。

（3）双模态与多模态探针的荧光模块。 在核素-荧光双模态探针中，磺化Cy5常作为荧光通道的报告基团，与放射性核素（如⁶⁸Ga、¹¹¹In）互补[2]。羧基化学允许其与螯合剂或靶向肽在同一分子上正交偶联，为探针的模块化设计提供了灵活性。不过，双模态探针的临床转化仍面临荧光染料与核素半衰期匹配、以及监管审批路径复杂等挑战。

4. 未来展望

尽管磺化Cy5-羧酸已在多个临床前研究中证明了其作为荧光标记模块的价值，但若要进一步推动其应用，仍需在以下方面取得进展：

第一，系统性的理化与光学表征。目前多数研究仅将磺化Cy5作为探针的一部分进行功能性验证，缺乏对游离染料在不同pH、离子强度和血清蛋白存在下的光谱稳定性、量子产率及光漂白动力学的标准化数据。建立这些基础参数数据库，将有助于研究者理性选择染料并解释成像结果。

第二，标记化学的优化与标准化。羧基活化偶联的效率受pH、活化剂比例和反应时间影响显著，但文献中鲜有对标记度（degree of labeling）与探针性能之间定量关系的报道。开发即用型、高活性的磺化Cy5 NHS酯衍生物，并配套标准化的偶联方案，可降低不同实验室间的批次差异。

第三，拓展至新靶点与新模型。现有应用多集中于肿瘤和炎症，未来可探索其在神经退行性疾病、心血管病变及感染性疾病模型中的成像潜力。同时，结合三维成像、光声成像等多模态技术，可能进一步发挥近红外染料的穿透优势。

第四，安全性与转化研究。虽然磺化花菁染料在临床前研究中通常表现出较低的急性毒性，但长期暴露和重复给药的安全性数据仍然缺乏。对于面向临床转化的探针，需按照监管要求开展系统的药代动力学和毒理学评价。

综上所述，磺化Cy5-羧酸作为一种水溶性近红外荧光标记模块，在化学生物学和分子影像领域具有明确的应用价值。当前文献证据主要来自以其衍生物构建的探针研究，直接针对该化合物本身的系统表征尚不充分。未来通过标准化表征、优化偶联化学和拓展应用模型，有望进一步释放其在精准医学和生物传感中的潜力。

参考文献

[1] Oral Administration of a Bivalent Carbonic Anhydrase IX Near-Infrared Imaging Agent Detects Hypoxic Tumors in a Mouse Model. *ACS Sensors*. DOI: 10.1021/acssensors.5c03644.

[2] Pre- and Intraoperative Visualization of GRPR-Expressing Solid Tumors: Preclinical Profiling of Novel Dual-Modality Probes for Nuclear and Fluorescence Imaging. *Cancers*. DOI: 10.3390/cancers15072161.

[3] Multiscale imaging of therapeutic anti-PD-L1 antibody localization using molecularly defined imaging agents. *Journal of Nanobiotechnology*. DOI: 10.1186/s12951-022-01272-5.

[4] CXCR4 peptide-based fluorescence endoscopy in a mouse model of Barrett's esophagus. *EJNMMI Research*. DOI: 10.1186/s13550-021-00875-7.

[5] Goat Milk Exosomes As Natural Nanoparticles for Detecting Inflammatory Processes By Optical Imaging. *Small*. DOI: 10.1002/smll.202105421.

[6] Theranostic potential of biodegradable polymeric nanoparticles with paclitaxel and curcumin against breast carcinoma. *Biomaterials Science*. DOI: 10.1039/d1bm00370d.

参考文献

• Oral Administration of a Bivalent Carbonic Anhydrase IX Near-Infrared Imaging Agent Detects Hypoxic Tumors in a Mouse Model.

Haolong Huang, Matthew Proefke, Eshita Khera, Greg M Thurber · ACS sensors · 2026

DOI: 10.1021/acssensors.5c03644

产品相关性评分: 14/100

关联性分析: 该文献使用的是sulfo-Cy5.5（磺化Cy5.5）构建的双价CA9靶向探针biAAZ-Cy5.5，而非目标产品磺化Cy5-羧酸（sulfo-Cy5 carboxylic acid, CAS 1144107-82-3）。两者虽同属Cy5系列花菁染料，但Cy5.5与Cy5在光谱性质（激发/发射波长）和化学结构上均不同，且文献中的Cy5.5是作为靶向探针的荧光标记部分，并非游离羧酸形式。因此化合物匹配度极低（1分）。应用场景为活体肿瘤荧光成像（口服给药、乳腺癌筛查），与Cy5系列染料在活体成像/荧光标记领域的典型应用有一定关联，但目标产品为羧酸活性形式，通常用于标记偶联，文献未涉及此类应用，故应用相关性中等（3分）。实验模型为HT29和HCT116肿瘤荷瘤小鼠，属于肿瘤活体成像模型，与荧光染料的生物应用领域部分契合（3分）。文献提供了口服生物利用度、体内选择性靶向等数据，但未提供sulfo-Cy5-羧酸的光谱、标记效率、细胞毒性或光稳定性等关键表征，方法学严谨性对目标产品而言有限（3分）。期刊ACS Sensors为高影响力分析化学/传感期刊（H指数150），研究创新性较好（4分）。总体而言，该文献与目标产品的直接相关性很低，仅可作为Cy5系列染料在活体成像应用中的间接参考。

• Pre- and Intraoperative Visualization of GRPR-Expressing Solid Tumors: Preclinical Profiling of Novel Dual-Modality Probes for Nuclear and Fluorescence Imaging.

Marjolein Verhoeven, Maryana Handula, Lilian van den Brink, Corrina M A de Ridder, Debra C Stuurman, Yann Seimbille, Simone U Dalm · Cancers · 2023

DOI: 10.3390/cancers15072161

产品相关性评分: 19/100

关联性分析: 该文献明确使用磺化Cy5（sulfo-cyanine 5）标记GRPR靶向双模态探针，与目标化合物磺化Cy5-羧酸高度匹配——磺化Cy5-羧酸正是通过其羧基与探针偶联的染料部分，属于直接使用其衍生物形式。应用场景为荧光引导手术与核/荧光双模态成像，涉及肿瘤切除和免疫荧光组织染色，与Cy5系列在生物成像和标记中的应用方向契合。模型使用PC-3、NCI-H69细胞及裸鼠异种移植瘤，与荧光探针的预期临床前应用领域一致。但文献未单独提供磺化Cy5的光谱数据、标记效率、细胞毒性或光稳定性等关键表征，方法学严谨性主要集中于探针整体性能而非染料本身。期刊Cancers为中等影响力期刊，研究具有转化潜力但创新性一般。总体而言，文献真正使用了目标化合物的衍生物，相关性较高。

• Multiscale imaging of therapeutic anti-PD-L1 antibody localization using molecularly defined imaging agents.

Iris M Hagemans, Peter J Wierstra, Kas Steuten, Janneke D M Molkenboer-Kuenen, Duco van Dalen, Martin Ter Beest, Johan M S van der Schoot, Olga Ilina, Martin Gotthardt, Carl G Figdor, Ferenc A Scheeren, Sandra Heskamp, Martijn Verdoes · Journal of nanobiotechnology · 2022

DOI: 10.1186/s12951-022-01272-5

产品相关性评分: 20/100

关联性分析: 文献明确使用sulfo-Cy5（磺化Cy5）作为近红外荧光染料，通过肽段偶联到抗PD-L1抗体上，用于多尺度成像（荧光成像、SPECT/CT、荧光显微镜）。虽然未直接使用磺化Cy5-羧酸，但sulfo-Cy5是目标化合物的直接衍生物（羧酸通常作为活性酯前体用于标记），因此化合物匹配度较高。应用场景涉及抗体标记、活体荧光成像和细胞分辨率显微成像，与Cy5系列染料的典型生物应用高度契合。实验模型使用4T1荷瘤小鼠，属于肿瘤免疫成像的典型模型，与产品预期应用领域一致。文献提供了生物分布、荧光成像验证及共定位数据，但未详细表征sulfo-Cy5的光谱性质或光稳定性，方法学严谨性中等偏上。期刊为Journal of Nanobiotechnology（H指数163，2年影响因子约10.7），研究创新性强，影响力较高。

• CXCR4 peptide-based fluorescence endoscopy in a mouse model of Barrett's esophagus.

Sabrina Marcazzan, Marcos J Braz Carvalho, Matthias Konrad, Julia Strangmann, Anna Tenditnaya, Theresa Baumeister, Roland M Schmid, Hans-Jürgen Wester, Vasilis Ntziachristos, Dimitris Gorpas, Timothy C Wang, Margret Schottelius, Michael Quante · EJNMMI research · 2022

DOI: 10.1186/s13550-021-00875-7

产品相关性评分: 14/100

关联性分析: 文献使用Sulfo-Cy5标记的CXCR4靶向肽MK007进行Barrett食管相关病变的荧光内镜成像，属于目标化合物磺化Cy5-羧酸的衍生物（通过标记肽间接使用），但并未直接研究该游离染料本身，化合物匹配度较低。应用场景为近红外荧光内镜/活体成像，与Cy5系列常用生物成像场景部分相关。模型为L2-IL1B小鼠Barrett食管模型，与产品预期应用领域（肿瘤/炎症成像）有一定一致性。数据提供了靶本比和共定位成像结果，但缺乏该染料的光谱、稳定性、毒性等关键表征，方法学严谨性一般。期刊为EJNMMI Research，属于核医学与分子成像领域专业期刊，研究具一定创新性但影响力中等。

• Goat Milk Exosomes As Natural Nanoparticles for Detecting Inflammatory Processes By Optical Imaging.

Ana Santos-Coquillat, María Isabel González, Agustín Clemente-Moragón, Mario González-Arjona, Virginia Albaladejo-García, Héctor Peinado, Javier Muñoz, Pilar Ximénez Embún, Borja Ibañez, Eduardo Oliver, Manuel Desco, Beatriz Salinas · Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany) · 2022

DOI: 10.1002/smll.202105421

产品相关性评分: 21/100

关联性分析: 文献明确使用磺化Cy5（sulfo-Cyanine 5）共价标记山羊乳外泌体，构建荧光纳米探针，直接涉及目标化合物。应用场景为炎症光学成像（体外共聚焦、流式及体内成像），与Cy5系列在生物成像和流式细胞术中的典型应用高度契合。实验模型包括RAW 264.7巨噬细胞和小鼠腹膜炎模型，与产品预期生物应用领域一致。文献提供了标记后的表征数据（如细胞摄取、细胞毒性、体内成像），但未详细给出磺化Cy5的光谱数据或标记效率等关键参数，方法严谨性中等偏上。期刊Small为高影响力期刊，研究创新性较强，具有较好的引用潜力。

• Theranostic potential of biodegradable polymeric nanoparticles with paclitaxel and curcumin against breast carcinoma.

Kyu Ri Kim, Su Jung You, Hyun Joo Kim, Dae Hyeok Yang, Heung Jae Chun, Dongwon Lee, Gilson Khang · Biomaterials science · 2021

DOI: 10.1039/d1bm00370d

产品相关性评分: 10/100

关联性分析: 文献使用sulfo-cyanine 5.5 (Cy5.5)进行近红外荧光成像，而非目标化合物磺化Cy5-羧酸(CAS 1144107-82-3)。虽然Cy5.5同属花菁染料，但并非同一化合物或其直接衍生物，因此化合物匹配度极低。应用场景为纳米颗粒的活体近红外荧光示踪，与Cy5系列染料的典型应用（如标记、成像）有一定关联，但并非针对游离羧酸染料的光谱或标记性能研究。实验模型为4T1乳腺癌细胞和裸鼠移植瘤，与染料产品的常规细胞/分子标记应用匹配度一般。文献未提供Cy5.5的光谱数据、标记效率、细胞毒性或光稳定性等关键表征，方法学严谨性不足。期刊Biomaterials Science影响力中等偏上，但研究主题为治疗诊断纳米制剂，与荧光染料产品开发的相关性有限。