一种可原位检测酶活性的沉淀型荧光探针

细胞内相关蛋白酶的原位成像检测具有非常重要的生物医学意义。过去几十年中，小分子荧光探针已经广泛用于细胞内各种酶活性的检测与成像研究。然而，已有的荧光探针大多是基于水溶性荧光染料，与酶作用后产生的荧光信号分子会快速扩散远离酶的反应位点，很难捕获细胞内相关酶的原位信息。近日，湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室、化学化工学院和生物学院共同建设的“分子科学与生物医学实验室（MBL实验室）”的张晓兵教授（点击查看介绍）研究团队开发出新型的适用于商业激光共聚焦显微镜的固态发光荧光染料，并进一步构建了酶荧光成像探针，实现了活细胞内碱性磷酸酶活性的原位成像检测。相关研究成果发表于国际化学期刊Angewandte Chemie International Edition。

Figure 1. 荧光探针HTPQA的结构及响应机理的示意图。

据文章报道，新开发的荧光染料在溶液中无荧光，具有极强的疏水性和固态荧光特性，其最大荧光激发/发射波长分别位于410/550 nm，适用于现有的商业激光共聚焦显微镜，且可以通过调控染料上的羟基来实现荧光信号的“开-关”。他们进一步合成的碱性磷酸酶探针具有灵敏度高、选择性好等优点。该探针能够解决传统水溶性探针信号易扩散、衰减的问题，从而实现碱性磷酸酶的原位成像检测，除此之外，还成功应用于成像检测骨肉瘤细胞及组织中碱性磷酸酶的活性。这一新型固态发光成像探针的开发呈现出固态发光荧光染料在蛋白酶原位成像检测中的巨大优势。

Figure 2. 目标探针HTPQA（红色信号通道）与商品化ALP探针4-MUP在HeLa细胞中共同孵育的成像图。从成像结果可以看出：（A, B）HTPQA能够实现ALP的原位检测，而4-MUP则扩散至整个细胞质；（C, D）HTPQA信号稳定，长时间监测信号无明显扩散，而4-MUP的信号逐渐消失。

湖南大学化学化工学院的博士研究生刘红文为论文的第一作者，张晓兵教授为文章的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委、教育部、科技部、湖南省科技厅等部门的科研经费资助。

该论文作者为：Dr. Hong-Wen Liu, Ke Li, Dr. Xiao-Xiao Hu, Longmin Zhu, Qiming Rong, Yongchao Liu, Prof. Dr. Xiao-Bing Zhang, Prof. Dr. Jens Hasserodt, Prof. Dr. Feng-Li Qu, Prof. Dr. Weihong Tan

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In Situ Localization of Enzyme Activity in Live Cells by a Molecular Probe Releasing a Precipitating Fluorochrome

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 11788, DOI: 10.1002/anie.201705747

导师介绍

张晓兵，教授，博士生导师

长江学者特聘教授

国家杰出青年科学基金获得者

化学生物传感与计量学国家重点实验室副主任

核酸适配体湖南省工程实验室主任

Tel： +86-731-88821894

E-mail： xbzhang@hnu.edu.cn

研究方向：新型有机小分子荧光探针的设计与合成；荧光生物探针在生物分析中的应用

张晓兵，1971年出生于湖南耒阳，1998年于湖南大学获得有机化学硕士学位，2001年获得分析化学博士学位并留校任教，2003-2005年在法国里昂高等师范学校、瑞典皇家工学院从事生物有机化学方向博士后研究，2005年3月加入湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室，2006年起任湖南大学教授；分别于2008年6-9月以邀请教授的身份访问法国里昂高等师范学校，2009年2-8月以高级访问学者的身份到美国伊利诺伊大学香槟分校从事生物分析领域的科研合作；近6年在相关研究领域发表通讯作者SCI源刊论文87篇，其中影响因子> 5.0的论文64篇，包括J. Am. Chem. Soc. 5篇、Angew. Chem. Int. Ed. 4篇、Anal. Chem. 28篇等，6篇论文为ESI高引论文（1% TOP），8篇论文他引超过100次；曾获2001年湖南省科技进步二等奖，2004年湖南省优秀博士学位论文及全国优秀博士学位论文提名，2008年教育部自然科学一等奖，2008年中国专利优秀奖及2013年湖南省自然科学一等奖；曾主持国家自然科学基金项目4项，国家“973”计划课题1项等；现任《分析化学》及《中国科学-化学》编委；2007年入选教育部新世纪优秀人才计划项目，2011年获湖南省杰出青年科学基金资助，2013年获国家杰出青年科学基金资助，2015年入选湖南省芙蓉学者特聘教授，2016年入选湖南省科技领军人才、国家中青年科技创新领军人才、教育部长江学者特聘教授。

http://www.x-mol.com/university/faculty/10111

代表论文：

1. Hong-Min Meng, Hui Liu, Hailan Kuai, Ruizi Peng, Liuting Mo and Xiao-Bing Zhang*, Aptamer-integrated DNA nanostructures for biosensing, bioimaging and cancer therapy, Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2583-2602.

2. Huanhuan Fan, Guobei Yan, Zilong Zhao, Xiaoxiao Hu, Wenhan Zhang, Hui Liu, Xiaoyi Fu, Ting Fu, Xiao-Bing Zhang* and Weihong Tan*, A Smart Photosensitizer-MnO₂ Nanosystem for Enhanced Photodynamic Therapy via Reducing Glutathione Levels in Cancer Cells, Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 5477-5482.

3. Yifan Lv, Rong Hu, Guizhi Zhu, Xiao-Bing Zhang*, Lei Mei, Qiaoling Liu, Liping Qiu, Cuichen Wu, Weihong Tan*, Preparation and biomedical applications of programmable and multifunctional DNA nanoflowers, Nature Protocols, 2015, 10, 1508-1524.

4. Zhi-Ling Song, Zhuo Chen*, Xia Bian, Li-Yi Zhou, Ding Ding, Hao Liang, Yu-Xiu Zou, Shan-Shan Wang, Long Chen, Chao Yang, Xiao-Bing Zhang*, and Weihong Tan*, Alkyne-Functionalized Superstable Graphitic Silver Nanoparticles for Raman Imaging, J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 13558-13561.

5. Hao Liang, Xiao-Bing Zhang*, Yifan Lv, Liang Gong, Ruowen Wang, Xiaoyan Zhu,Ronghua Yang* and Weihong Tan*. Functional DNA-Containing Nanomaterials: Cellular Applications in Biosensing, Imaging, and Targeted Therapy, Acc. Chem. Res., 2014, 47, 1891-1901.

6. Zilong Zhao, Hongmin Meng, Nannan Wang, Michael J. Donovan, Ting Fu, Mingxu You, Xiao-Bing Zhang*, Weihong Tan*, A Controlled-release Nanocarrier with pHe-driven Targeting and Translocation for Drug Delivery, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 7487-7491.

7. Tao Chen, Cuichen Sam Wu, Elizabeth Jimenez, Zhi Zhu, Joshua G. Dajac, Mingxu You, Da Han, Xiao-Bing Zhang*, and Weihong Tan*, DNA Micelle Flares for Intracellular mRNA Imaging and Gene Therapy, Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 2012-2016.

8. Cuichen Wu, Da Han, Tao Chen, Lu Peng, Guizhi Zhu, Mingxu You, Liping Qiu, Kwame Sefah, Xiaobing Zhang*, Weihong Tan*, Building a Multifunctional Aptamer-Based DNA Nanoassembly for Targeted Cancer Therapy. J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 18644-18650.

9. Mingxu You, Yan Chen, Xiao-Bing Zhang*, Haipeng Liu, Ruowen Wang, Kelong Wang, KathrynR.Williams, and Weihong Tan*, An Autonomous and Controllable Light-Driven DNA Walking Device. Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 2457-2460.

10. Tao Chen, Ismail Oecsoy, Quan Yuan, Ruowen Wang, Mingxu You, Zilong Zhao, Erqun Song, Xiao-Bing Zhang*, Weihong Tan,* One-Step Facile Surface Engineering of Hydrophobic Nanocrystals with Designer Molecular Recognition, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 13164-13167.

11. Liu Yang, Ling Meng, Xiao-Bing Zhang*, Yan Chen, Guizhi Zhu, Haipeng Liu, Kwame Sefah and Weihong Tan*, Engineering Polymeric Aptamers for Selective Cytotoxicity. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 13380-13386.

12. Li-Min Lu, Xiao-Bing Zhang*, Rong-Mei Kong, Bin Yang, Weihong Tan*, Ligation-triggered DNAzyme Cascade for Amplified Fluorescence Detection of Biological Small Molecules with Zero-Background Signal. J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 11686-11691.