近期，斯普林格·自然出版集團(tuán)下屬刊物《自然通訊》(Nature Communications, 2017, 8, DOI: 10.1038/s41467-017-01137-8)，以“光致變色熒光糖探針光控識別細(xì)胞內(nèi)靶物質(zhì)（Remote light-controlled intracellular target recognition by photochromic fluorescent glycoprobes）”為題，在線報(bào)道了華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的最新研究成果。該研究為細(xì)胞的靶向、精準(zhǔn)功能標(biāo)記研究提供了新的光可控化學(xué)探針工具。
可靶向、精準(zhǔn)探測不同細(xì)胞生命和疾病過程的熒光探針技術(shù)，對生命科學(xué)的發(fā)展和疾病早期診斷具有重要意義。傳統(tǒng)熒光探針易受生物背景光干擾，且通常只能通過被動擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞產(chǎn)生待測物識別信號，造成了探測的低精確性。為解決這一關(guān)鍵問題，諾貝爾獎科學(xué)家聯(lián)合研究中心人員通過將螺吡喃光致變色分子、1,8–萘酰亞胺熒光團(tuán)與具備膜受體主動靶向功能的半乳糖分子共價(jià)連接，創(chuàng)制了可通過遠(yuǎn)程光控實(shí)現(xiàn)細(xì)胞精準(zhǔn)定位及靶標(biāo)識別的光致變色熒光探針。初步研究發(fā)現(xiàn)，通過紫外/可見光的循環(huán)照射可實(shí)現(xiàn)對探針螺吡喃/部花青結(jié)構(gòu)的可逆調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)探針萘酰亞胺熒光發(fā)射的循環(huán)“開/關(guān)”控制。此外，探針的螺吡喃態(tài)與細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的硫化物不發(fā)生相互作用，而當(dāng)遠(yuǎn)程光激活其部花青態(tài)時(shí)，探針可迅速與亞硫酸根陰離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而阻斷探針的光致變色活性，使熒光處于恒定的“開啟”狀態(tài)（下圖a-b）。
基于其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，中心研究人員進(jìn)一步應(yīng)用所構(gòu)建探針實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞精準(zhǔn)熒光標(biāo)記及光控靶標(biāo)識別：首先，探針可在水相中形成雙親性膠束，從而通過糖簇與一種膜受體的高親和力識別實(shí)現(xiàn)主動細(xì)胞定位。隨后，通過紫外/可見光的循環(huán)調(diào)控，探針可在細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行多次可重復(fù)的“熒光閃爍”現(xiàn)象，從而提升了熒光探針在復(fù)雜細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中的定位精準(zhǔn)度。最終，探針還可通過遠(yuǎn)程光激活策略（即螺吡喃向部花青結(jié)構(gòu)的光調(diào)變）實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)源性亞硫酸根陰離子的靈敏探測與定量（上圖c）。
該論文第一作者是華東理工大學(xué)青年教師張雋佶副教授，田禾院士、賀曉鵬副研究員和中科院上海藥物研究所李佳研究員為論文共同通訊作者，諾貝爾化學(xué)獎得主華東理工大學(xué)客座教授Ben L. Feringa教授為論文的合作作者。主要生物學(xué)工作由博士研究生韓海浩和碩士研究生付幼心完成。本研究工作得到國家“973”計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金、“111”引智計(jì)劃資金支持。
