近日，复旦大学附属华山医院放射科张家文主任医师、韩芳副主任医师联合神经外科汤海亮副主任医师团队，在Journal of Translational Medicine（新锐分区1区，IF=9.7）在线发表题为 “Reaction-based chemical shift engineering unlocks interference-free detection window for in vivo proton magnetic resonance spectroscopy” 的研究论文。团队提出一种面向氢质子磁共振波谱（¹H MRS）的通用检测策略——“反应型化学位移工程”，并以去甲肾上腺素为模型分子完成了从溶液、细胞到活体的概念验证。
¹H MRS能无创地反映活体组织代谢物的组成与浓度变化，但多数内源性代谢物的质子信号拥挤在1–5 ppm这一狭窄区间，去甲肾上腺素等低丰度神经递质往往被背景淹没；传统造影剂不具备化学反应活性，也无法为目标分子“生成”可被区分的新信号。为此，团队把光学成像中已趋成熟的“反应型探针”思路引入磁共振波谱：探针在检测窗口内保持沉默，只在与目标分析物发生特异性化学反应后，才释放出产生特征共振的产物，从而把信号从拥挤的背景区“搬运”到无干扰的化学位移位置。
“反应型化学位移工程”策略：探针FS与去甲肾上腺素发生特异性级联反应后，在约9.7 ppm处产生远离内源性信号密集区的无干扰特征信号。
作为该策略的首个范例，团队设计并合成了分子探针FS。FS与去甲肾上腺素发生特异性的级联亲核取代反应，最终生成的醛基质子在约9.7 ppm处产生清晰的特征峰，明显远离1–5 ppm的内源性信号密集区，构成一个近乎无干扰的检测窗口。
验证工作在三个层面展开：体外实验中，探针对结构高度相似的多巴胺、肾上腺素等类似物无明显响应，对常见氨基酸、离子、谷胱甘肽及活性氧/活性氮等背景物质保持稳定，并可在生理相关pH条件下工作；细胞实验中，特征信号仅在去甲肾上腺素分泌型细胞中随时间增强，非分泌型细胞中不可见；活体实验中，大鼠脑内注射探针后同样可在约9.7 ppm处采集到该信号，提高内源性递质水平后信号依然可见，对照组则未检出。探针未表现出明显细胞毒性，体内评价提示生物相容性良好。
“反应型化学位移工程”通过更换反应识别基团，原则上可适配不同的目标分子，具备平台化拓展的潜力。该策略有望把更多原本难以分辨的生物分子纳入活体¹H MRS的检测范围，在疾病诊断、代谢动态监测及临床前药物评价等方面具备潜在转化价值。
复旦大学附属华山医院放射科张家文主任医师、韩芳副主任医师与神经外科汤海亮副主任医师为共同通讯作者；复旦大学附属华山医院联培博士后、上海健康医学院附属周浦医院吕光磊副研究员、复旦大学附属华山医院放射科高嘉浩博士、复旦大学附属肿瘤医院戚鸣为共同第一作者。
原文信息：Lv G, Gao J, Qi M, Meng X, Tang H, Han F, Zhang J. Reaction-based chemical shift engineering unlocks interference-free detection window for in vivo proton magnetic resonance spectroscopy. J Transl Med, 2026, in press. doi:10.1186/s12967-026-08931-3.
通讯作者简介
张家文 主任医师
复旦大学附属华山医院
复旦大学附属华山医院放射科主任医师、教授、博士生导师。华山医院浦东院区（上海国际医院）放射科执行主任兼华山医院医务处项目管理科科长
中华放射学会人工智能赋能智慧医疗工作组委员、第十四届中华放射学会青年委员会委员兼神经学组副组长、中国医师协会放射医师分会消化学组委员、上海市生物医学工程学会放射医学工程专委会秘书长兼常委、上海市核学会放疗及影像专委会副主任委员、上海市医师学会分子及人工智能学组副组长、上海市放射学会泌尿生殖学组委员
主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等课题6项，在Nature Communications、Advanced Functional Materials、J Nanobiotechnology、J Transl Med等权威期刊发表学术论文30余篇
韩芳 副主任医师
复旦大学附属华山医院
复旦大学附属华山医院放射科副主任医师、复旦大学上海医学院医院管理处副科长（挂职）
上海市医学会放射科专科分会第十二届委员会科普宣传工作组副组长、第二届中国研究型医院学会神经再生与修复专业委员会神经影像与再生学组委员、上海市生物医学工程学会放射医学工程专委会委员、上海市医师协会放射医师分会第二届委员会消化影像组成员
以第一／通讯作者（含共同）在J Nanobiotechnology、J Transl Med等国际权威期刊发表多篇SCI论著
汤海亮 副主任医师
复旦大学附属华山医院
复旦大学附属华山医院神经外科副主任医师
2013年在美国Loma Linda大学从事博士后研究。曾在哈佛大学麻省总院、布列根和妇女医院、耶鲁大学、斯坦福大学附属医院神经外科访问交流
获国家科技进步奖二等奖（2014）、长三角青年科学家奖（2018）、全国中青年医师颅底手术比赛二等奖（2023）、美国神经外科AANS年会Brainlab Neurosurgery Award（2023）等
任中国医疗保健国际交流促进会神经外科学分会委员、中国脑膜瘤多学科诊疗协作组专家组成员，担任多个SCI期刊编委。主持国家自然科学基金等项目，以第一或通讯作者发表SCI论文50余篇
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