楊志謀教授團(tuán)隊(duì)在酶促自組裝的生物成像應(yīng)用方面取得重要進(jìn)展
上世紀(jì)五十年代，Th. F?rster等人在高濃度芘分子溶液中發(fā)現(xiàn)了激基締合物。時(shí)至今日，以激基締合物為工作物質(zhì)的激光器已經(jīng)在現(xiàn)代工業(yè)中扮演著重要角色。但由于激基締合物形成的濃度依賴(lài)性，在保證良好生物相容性的前提下，利用激基締合物熒光進(jìn)行生物成像的分子探針仍然較少。近期，Science雜志報(bào)道了超分子網(wǎng)絡(luò)中的金納米團(tuán)簇在低濃度下形成激基締合物(Science,2016,353, 571-575)，但如何誘導(dǎo)超分子組裝體中的有機(jī)熒光團(tuán)在較低濃度下，特別是在生物環(huán)境中形成激基締合物仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
近期，一種通過(guò)酶促自組裝納米纖維使熒光團(tuán)在低濃度下和生物環(huán)境中形成激基締合物的策略被提出，相關(guān)研究成果以Enzyme Instructed Self-assembly Enabled Monomer-excimer Transition to ConstructHigher Ordered Luminescent Supramolecular Assembly for Activity-based Bioimaging為題，發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上，并且被選為VeryImportant Paper (VIP)。論文第一作者為我院研究生鐘遠(yuǎn)智，通訊作者為我院特聘教授楊志謀教授，蔡延濱副教授及戰(zhàn)捷博士。
該研究將香豆素染料通過(guò)共價(jià)鍵連接到堿性磷酸酶（ALP）響應(yīng)的小分子多肽上（如pYD），得到的多肽衍生物在低濃度下通過(guò)ALP觸發(fā)的自組裝，形成納米纖維結(jié)構(gòu)，納米纖維中緊密的分子堆積誘導(dǎo)其中的香豆素形成激基締合物。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)的短肽衍生物在高表達(dá)ALP的細(xì)胞膜或腫瘤組織中原位自組裝形成發(fā)光納米纖維，能夠?qū)崿F(xiàn)高效記錄內(nèi)源性ALP的時(shí)空分布細(xì)節(jié)。
在ALP處理前，pYD中的香豆素僅在高濃度時(shí)（如4 mM）才能形成激基締合物。在ALP的作用下，較低濃度（如125 μM）的pYD自組裝成納米纖維并形成即可促進(jìn)香豆素激基締合物的形成，且pYD可以選擇性地、定量地、快速地響應(yīng)于外部的或細(xì)胞內(nèi)源性的ALP。
此外，在細(xì)胞分裂末期會(huì)形成細(xì)胞間橋，利用細(xì)胞間橋膜上的ALP，pYD發(fā)生原位自組裝并發(fā)出香豆素激基締合物熒光，而香豆素的單體熒光穿過(guò)了細(xì)胞間橋中致密的中體，表明pYD可作為細(xì)胞間橋的分子成像探針。利用腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞內(nèi)源性ALP活性的差異，pYD可以有效鑒別出腫瘤細(xì)胞，且在腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞共培養(yǎng)的條件下也不影響pYD對(duì)腫瘤細(xì)胞的識(shí)別。在荷瘤裸鼠中，高表達(dá)ALP的腫瘤組織比正常組織顯示出更高的信號(hào)響應(yīng)能力，使pYD能夠快速的富集在腫瘤組織實(shí)現(xiàn)腫瘤顯影，提示該酶促自組裝激基締合物熒光探針有望成為癌癥早期診斷的潛在策略。
總之，該工作利用超分子自組裝在較低濃度下誘導(dǎo)有機(jī)熒光團(tuán)激基締合物的形成，并賦予了激基締合物以超分子組裝體的生物成像特性。該工作為超分子化學(xué)與激基締合物的結(jié)合提供了思路，同時(shí)也為開(kāi)發(fā)基于激基締合物的分子探針提供了思路。
論文信息：
Enzyme Instructed Self-assembly Enabled Monomer-excimer Transition to Construct Higher Ordered Luminescent Supramolecular Assembly for Activity-based Bioimaging
Yuanzhi Zhong, Jie Zhan,* Guanghui Xu, Yumiao Chen, Qin Qin, Xu Liao, Shaodan Ma, Zhimou Yang,* and Yanbin Cai*
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202014278
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