田禾：糖基荧光探针—蛋白质复合体实现光控荧光“双重检测

wuyunmibu

近日，国际化学领域著名刊物《美国化学会志》在线报导了华东理工大学化学与分子工程学院费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心（以下简称“中心”）题为“糖基荧光探针—蛋白质复合体实现光控荧光“双重检测”生物成像（Photocontrolled Fluorescence “Double-Check” Bioimaging Enabled by a Glycoprobe− Protein Hybrid）”的最新研究成果（Journal of the American Chemical Society, DOI:  10.1021/jacs.8b05425），论文链接: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b05425。

图1.糖基光致变色探针与HSA复合体系的“双制式”荧光现象及其细胞靶向“双重检测”的生物学应用

近年来细胞及活体成像技术发展迅速，但设计合成可在活细胞中精确定位并远程调控的化学探针仍然是一项极具挑战的交叉学科研究课题。为解决这一关键问题，中心研究人员将糖基光控小分子荧光探针（Gal-NSp）与人血清白蛋白（HSA）通过主客体作用相结合，简易构建了可通过远程光控实现双制式荧光信号细胞精准定位及靶标识别的蛋白质光控荧光探针复合物。初步研究发现，不同于传统单制式光致变色探针，该复合探针体系可通过紫外/可见光的循环光照，实现对插入蛋白质疏水空腔螺吡喃/部花青结构的可逆调控以及探针分子绿与红两种荧光制式之间的切换（即荧光团绿色荧光的“开—关“伴随光致变色染料红色荧光的”关—开“）。

中心研究人员通过小角度散射（SAXS）技术深入研究了糖基探针与蛋白质之间的结合方式及作用位点，证明探针分子可通过与HSA的复合导致后者IIIA疏水位点附近区域的显著折叠。进一步应用所构建探针—蛋白质复合物实现了细胞精准荧光标记：首先，复合探针的半乳糖基团可与肝癌细胞Hep-G2细胞膜表面的ASGPr受体特异性识别并启动内吞，实现主动细胞定位；随后，通过紫外/可见光的循环调控，探针可在细胞内执行多次可重复的“双荧光闪烁”现象，实现在绿色荧光与红色荧光之间的往复切换，从而提升了荧光探针在复杂细胞内环境中的定位精准度，进而达到双重检测、精确定位的目的。该研究一方面为细胞的靶向、精准功能标记研究提供了新的光可控化学探针工具，另一方面提出了通过蛋白负载实现有机光致变色荧光探针在生理环境中双荧光响应这一普适性设计策略，解决了传统光致变色探针在生理环境下荧光及光控性能减弱的问题。

论文共同第一作者为硕士毕业生付幼心和博士研究生韩海浩，我校张隽佶副教授、贺晓鹏副研究员、田禾院士为论文共同通讯作者，工作得到了我校客座教授Ben L. Feringa教授的指导与建议，并获得了上海光源五线六站李娜博士在SAXS技术上的指导与支持。本研究工作得到国家自然科学基金委科学中心、重点项目、国家自然科学基金优秀青年科学基金、111引智计划等资金支持。