比率型聚集诱导发光探针的合成及其在疾病标志物检测和成像中的应用

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阿尔茨海默症、非酒精性脂肪肝和急结肠炎在疾病在发生过程中会引起机体内胆碱酯酶和活性硫等疾病标志物的异常表达。精确监测病理环境的疾病标志物的动态变化对于疾病的早期诊断和揭示其在相关疾病中的化学生物学作用是很有意义的。然而,由于生物环境的复杂多样,要准确监测生命系统中各种活性物和生物大分子的动态变化仍然是一个巨大的挑战。荧光探针因其高灵敏度、良好的选择性和无创性而成为在体内外监测疾病标志物动态变化的有力工具。但是典型的有机荧光探针在生理环境易遭受聚集导致荧光猝灭(ACQ)的影响。同时,单一的信号输出方式也不利于生物体中的精准监测,这些缺点极大地限制了它们在活细胞和活体中的实时监测。由Tang课题组提出的聚集诱导发光(AIE)可以有效避免ACQ引起的荧光猝灭。此外,通过两个或两个以上信号输出来监测分析物可以降低外界环境的影响。本文设计并合成了以下三个具有AIE特性的比率型荧光探针:(1)基于AIE的溶酶体靶向的比率型荧光探针用于急性溃疡性结肠炎小鼠中的多硫化氢成像多硫化氢(H2Sn,n>1)作为硫化氢的直接氧化形式,在维持溃疡性结肠炎(UC)等肠道疾病氧化还原平衡发挥重要作用。此外,溶酶体中H2Sn与自噬、代谢和密切相关。我们报道了一个通过两步法合成的具有溶酶体靶向的比率型AIE探针TCFPB-H2Sn。TCFPB-H2Sn在与H2Sn发生两次亲核反应释放荧光团后从而实现在细胞溶酶体和急性结肠炎小鼠中H2Sn检测和成像。值得注意的是,本工作首次探讨了急性溃疡性结肠炎小鼠中的内源性H2Sn的动态变化成像,这为研究炎症性肠道疾病的多硫化氢提供有力的检测工具。(2)基于AIE的比率型荧光探针用于非酒精性脂肪肝小鼠的丁酰胆碱酯酶成像丁酰胆碱酯酶(BCh E)是与肝脏和神经退行性疾病相关的重要人体生物标志物,开发可在体外和体内对BCh E成像的荧光探针具有重要意义。不幸的是,大多数基于单一荧光强度变化的荧光探针容易受到环境干扰。因此,我们报道了一个易于获得的具有聚集诱导发光(AIE)特性的比率型荧光探针(TCFPB-BCh E)用于BCh E的比率成像。我们通过DFT计算解释了探针分子的AIE机理,也利用分子对接证实探针TCFPB-BCh E对BCh E的高选择性,此外,TCFPB-BCh E对BCh E表现出优异的灵敏度(LOD=39.2 ng/m L)。最后,我们成功地实现了在细胞、血清和非酒精性脂肪肝小鼠中BCh E的比率成像。这些结果表明,TCFPB-BCh E有望成为在基础医学和临床应用中研究丁酰胆碱酯酶的有力分析工具。(3)基于AIE和ESIPT的大斯托克斯位移的比率型荧光探针在体外和体内对乙酰胆碱酯酶进行成像乙酰胆碱酯酶(ACh E)与阿尔茨海默症密切相关,ACh E的过表达会引起阿尔茨海默症患者大脑中乙酰胆碱的缺失,这会影响机体内神经信号的传递。目前还没有报道具有比率型聚集诱导发光特性的ACh E探针。因此,我们开发了一个比率型AIE荧光探针(DPHP-ACh E)用于在体外和体内对ACh E进行选择性成像。此外,我们研究了脑胶质瘤细胞中氧化应激会过度激活ACh E活性。在被ACh E激活后,发生激发态质子转移(ESIPT)的荧光团表现出大的斯托克斯位移(188nm)、红色到近红外(NIR)的荧光发射和聚集诱导发射(AIE)特性。
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