聚集诱导发光探针在脂滴特异性荧光成像中的应用进展

脂滴不仅是脂类分子和蛋白质的重要贮存场所，而且是一个动态变化的多功能细胞器，在膜合成、蛋白降解、信号传导等生理过程中发挥着重要作用。脂滴的数量、分布、形态和运动变化与多种疾病密切相关，包括脂肪肝、心血管疾病、炎症、癌症和病毒感染等。近年来，脂滴的生理功能研究日益获得广泛关注，而为了研究其生理功能，迫切需要开发脂滴特异性成像探针。

荧光成像具有高灵敏度、高分辨率、易于操作等优点，但当前用于脂滴成像的BODIPY等传统荧光染料，具有聚集淬灭发光、光稳定性差、难以制备等缺点。为了克服传统脂滴荧光成像染料的不足，近日华南理工大学的唐本忠院士（点击查看介绍）和秦安军教授（点击查看介绍）团队利用所开发的聚集诱导发光（AIE）探针实现了脂滴特异性的双光子激发荧光成像和光激活荧光成像，可实现对脂滴运动变化的实时监测以及复杂细胞环境下特定细胞内脂滴的点亮荧光成像。

他们首先通过简单的一步Knoevenagel缩合反应，以三苯胺醛和茚二酮为底物，高收率制备了IND-TPA探针。通过研究其光物理性质，发现IND-TPA探针具有典型的聚集诱导发光行为，这是由于分子内运动受限和扭曲的分子内电荷转移效应造成的。该探针在近红外区具有较大的双光子吸收截面，在920 nm处的双光子吸收截面值为119 GM，可用于双光子激发的脂滴特异性荧光成像（图1）。通过与商品化的脂滴染料BODIPY493/503的共染实验，证实了该探针对脂滴成像具有特异性，荧光信号的重叠系数高达0.96。

图1. 近红外双光子激发AIE探针IND-TPA用于脂滴特异性荧光成像

AIE探针IND-TPA具有优异的生物相容性。以HCC827和A549细胞为例，在不同浓度下（5，10，20，40，60，80，100 µM），IND-TPA均表现出很低的细胞毒性。IND-TPA探针还具有成像信噪比高和光稳定性强等优点，可通过近红外双光子激发荧光成像，有效减少光损伤，适于长期连续观测脂滴的分布和运动变化。例如，可通过不同时间的脂滴成像叠加图，清楚指示脂滴的位置变化（图2），有效克服了传统脂滴荧光探针背景噪音高和光稳定性差等缺点。

图2. AIE探针IND-TPA监测脂滴在细胞内的分布和运动变化

为了实现脂滴特异性的光控高时空分辨荧光成像，他们随后基于1,2-二氢-2-氮杂芴酮类化合物，发展了具有光激活能力的AIE前驱体探针。该前驱体探针1可在光照和氧气作用下，通过氧化脱氢反应，生成具有AIE性质的2-氮杂芴酮类化合物2。基于1,2-二氢-2-氮杂芴酮类化合物的光激活AIE前驱体探针不仅可实现快速、高点亮比率的脂滴特异性荧光成像，而且能够在复杂细胞环境下，实现光控高时空分辨荧光成像。例如，前驱体探针1a在HCC827细胞内，405 nm激光照射下，随光照时间延长，体系荧光强度迅速增加265倍以上，表明1a具有快速光激活生成2a和高点亮比率的优点（图3）。在多细胞环境下，1a可通过光照调控在细胞内生成2a的空间位置和速率，实现对不同区域细胞的依次逐个点亮（图4），特别有利于研究复杂环境下单个细胞内脂滴的生理功能（图5）。不同胺基取代的光激活AIE前驱体探针1b和1c也具有很好的脂滴特异性光激活成像能力。而且，该类光激活AIE前驱体探针不会受到H₂O₂，t-BuOOH和NaOCl等水溶性氧化试剂的干扰。

图3. 光激活AIE前驱体探针对脂滴的光激活荧光成像

图4. AIE前驱体探针的光控高时空分辨荧光成像

图5. AIE前驱体探针在脂滴特异性光激活荧光成像中的应用

脂滴特异性AIE探针具有制备简易、近红外区双光子吸收截面值大、光激活效率高、光稳定性强、生物相容性好等诸多优势，可有效克服传统脂滴荧光探针的聚集淬灭发光和光稳定性差等缺陷，还可用于研究脂滴的分布、形态及运动变化与新陈代谢类疾病的关系，在生物医学领域具有重要的应用价值。该工作得到了科技部和国家自然科学基金委等项目的资助。相关研究成果近期分别发表在Chemical Communications¹和Chemical Science²上，文章的共同第一作者是高蒙博士和香港科技大学在读博士研究生苏会芳。

1.该文章作者为：Meng Gao, Huifang Su, Shiwu Li, Yuhan Lin, Xia Ling, Anjun Qin, Ben Zhong Tang

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An easily accessible aggregation-induced emission probe for lipid droplet-specific imaging and movement tracking

Chem. Commun., 2017, 53, 921-924, DOI: 10.1039/C6CC09471F

2.该论文作者为：Meng Gao, Huifang Su, Yuhan Lin, Xia Ling, Shiwu Li, Anjun Qin, Ben Zhong Tang

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Photoactivatable aggregation-induced emission probes for lipid droplets-specific live cell imaging

Chem. Sci., 2017, 8, 1763-1768, DOI: 10.1039/C6SC04842K

导师介绍

唐本忠

http://www.x-mol.com/university/faculty/7059

秦安军

http://www.x-mol.com/university/faculty/26981

X-MOL分析领域学术讨论QQ群（292125992）