唐本忠：原位生成光激活聚集诱导发光探针用于细胞器特异性成像

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细胞器是细胞中具有特定结构和功能的亚结构单元，通过荧光成像监测细胞器在细胞中的分布及运动变化对于揭示其生理功能具有重要意义。传统用于细胞器成像的荧光探针大多是“always-on”型的，无法选择性激活特定区域内细胞器的荧光信号，而具有光激活性质的荧光探针，可通过光照控制，选择性激活特定区域内细胞器的荧光信号，实现高时空分辨荧光成像，有利于观察细胞器的运动变化。然而传统的光激活荧光探针主要是通过光切断荧光淬灭基团来实现荧光激活，具有合成难度大、光激活效率低、易生成毒副产物、对环境光敏感等缺陷，而且传统的荧光分子存在聚集淬灭发光（ACQ）的缺陷，在细胞器中聚集，容易导致荧光的自我淬灭，进一步限制了其在细胞器特异性光激活荧光成像中的应用。

为了解决上述问题，华南理工大学的唐本忠院士团队开发了一种原位生成光激活聚集诱导发光（AIE）探针的方法，实现了细胞器特异性光激活的荧光成像。作者以二(2-(2-羟基苄叉)氨基)芳基二硫化合物与巯基乙酸乙酯作为底物，将两者的DMSO溶液简单混合，室温下即可快速反应，定量生成具有光激活性质的2-(2-羟基苯基)苯并噻唑啉类化合物3，并进一步通过光氧化脱氢反应，生成具有AIE性质的2-(2-羟基苯基)苯并噻唑类化合物4（图1）。通过引入不同的细胞器靶向基团，他们可分别实现脂滴和溶酶体的特异性光激活荧光成像，具有合成简便、易于修饰、光激活速率快、聚集态发光效率高等优点。

图1. 原位生成光激活AIE探针用于脂滴及溶酶体的特异性光激活荧光成像。

作者通过核磁共振、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和高效液相色谱等方法监测了原位生成光激活AIE探针的过程。例如，他们将化合物1a与巯基乙酸乙酯加入到DMSO溶液中，室温下反应5 min后通过核磁共振监测发现，化合物1a的特征峰Ha与Hb完全消失，化合物1a定量转化为化合物3a，表明该反应可快速、定量进行。

作者进一步通过荧光、紫外-可见吸收等实验证实，原位生成的化合物3可通过光氧化脱氢反应生成具有AIE性质的化合物4。基于此，作者利用原位生成的化合物3开展了细胞器特异性光激活荧光成像的研究。以HeLa细胞为例，作者发现甲氧基取代的化合物3a可迅速实现对脂滴的特异性富集，并且在405 nm激光的照射下，随着扫描时间的增加，荧光强度迅速增加，可增加至初始值的53倍。他们进一步通过与商品化的脂滴染料BODIPY493/503 Green进行共染，发现共定位系数可达0.88，证实了原位生成的化合物3a可用于脂滴特异性、高点亮比率的光激活荧光成像。作者进一步利用吗啡啉取代的化合物3b实现了细胞内溶酶体特异性的光激活荧光成像，在405 nm激光的照射下，50秒内即可实现高达6倍的点亮比率。他们还进一步通过与商品化的溶酶体染料LysoTracker Red进行共染，发现共定位系数可达0.86，证实了原位生成的化合物3b可以用于溶酶体特异性、高点亮比率的光激活荧光成像。

为了减少光激活过程中的光损伤效应，作者进一步考察了原位生成的化合物3在近红外双光子（780 nm）照射下的光激活成像效果，发现在双光子激光照射下45秒内，原位生成的AIE探针3a和3b可分别实现脂滴和溶酶体的快速光激活荧光成像，同时可实现多细胞环境下的光控高时空分辨成像。

该工作基于简单易得的底物，通过原位反应，定量生成光激活AIE探针，无需分离纯化，即可直接用于细胞器的光激活荧光成像，避免了传统光激活荧光探针对环境光不稳定、难以长期保存、聚集淬灭发光等缺陷。而且该原位生成的光激活AIE探针易于修饰不同细胞器的靶向基团，在近红外双光子激光的照射下，可实现复杂细胞环境下的高时空分辨荧光成像，具有广阔的应用前景。

这一成果近期发表在Chemical Science 上，文章的第一作者为华南理工大学的硕士研究生李诗武，文章的通讯作者为高蒙副研究员和唐本忠院士。

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

In situ generation of photoactivatable aggregation-induced emission probes for organelle-specific imaging

Chem. Sci., 2017, 9, 5730, DOI: 10.1039/C8SC01887A