癌症是全球致死率最高的重大健康问题之一，亟需高精度诊断工具辅助临床操作，以降低复发率、改善患者生活质量。光学分子探针凭借无创、高灵敏、高选择性的优势，已应用于癌症临床诊断。然而，目前可用于精准肿瘤成像的光学分子探针仍十分有限，主要面临两大难题：一是脱靶激活产生假阳性信号；二是激活后荧光基团扩散，造成假阴性成像结果。

为减少探针非特异性激活，研究者提出双锁分子设计策略，整合多种肿瘤微环境生物标志物，显著提升了肿瘤成像的特异性与信噪比。但该类探针存在固有缺陷：激活后的荧光基团会从病灶部位扩散，导致信号判读偏差。为减弱荧光基团扩散引发的成像伪影，研究人员将醌甲基前体引入探针骨架，使其可被邻近亲核蛋白快速共价捕获，实现单细胞分辨率成像；此外，提高激活后荧光基团的极性也可增强其胞内滞留能力。

但上述策略往往需要对荧光基团进行大量结构改造，且对激活特异性提升有限。因此，研发可同时克服非特异性激活与荧光基团扩散双重难题的新型分子探针，对实现精准肿瘤成像具有重要研究价值。

肿瘤细胞的代谢重编程会促进葡萄糖摄取增加与胞内乳酸蓄积，满足肿瘤快速增殖的物质合成需求。蓄积的乳酸解离释放氢离子，经转运蛋白排出胞外，形成弱酸性细胞外微环境（pHₑ=6.5–6.8）。同时，癌细胞内溶酶体数量显著增多，与其恶性表型的增殖、侵袭能力密切相关，因此溶酶体可作为构建高特异性探针的肿瘤靶向位点。

溶酶体内酸性环境可对弱碱性分子发生质子化，提高其极性，进而增强胞内滞留，该特性为设计低脱靶效应探针提供了重要依据。综上，溶酶体既是肿瘤相关生物标志物，又可为荧光基团捕获与滞留提供特殊微环境，其双重特性为开发高精度肿瘤特异性探针提供了全新思路。

为优化光物理性能，本研究对经典半花菁骨架进行改造：将季铵基团替换为吲哚单元作为温和供电子基团，调控分子内电荷转移（ICT）；同时，吲哚单元质子化后近红外吸收显著增强，使探针可用于光声成像，弥补荧光成像组织穿透深度不足的缺陷。

其次，为避免羟基在溶酶体酸性条件下发生质子化，研究将羟基替换为氨基，构建了pH 响应型探针D‑NH₂。为优化D‑NH₂对肿瘤微环境的响应能力，系统修饰吲哚5 位位点，构建一系列pH 敏感探针Dx‑NH₂。其中，氰基取代衍生物CN‑D‑NH₂在胞外酸性微环境中质子化能力最优（Aₚₕ₆.₅/Aₚₕ₇.₅=3.4，Fₚₕ₆.₅/Fₚₕ₇.₅=5.9），且在溶酶体与其他环境中质子化差异显著（Aₚₕ₅/Aₚₕ₇.₅=8.3，Fₚₕ₅/Fₚₕ₇.₅=13.3）。

随后，基于本团队提出的攻防一体化（ODI）设计策略进一步改造探针：选择肿瘤中高表达、可抵抗氧化应激的γ‑谷氨酰转移酶（GGT）作为防御体系的酶促激活靶点，构建新一代高精度肿瘤成像探针CN‑D‑GGT。