香港科技大学唐本忠院士团队 |通过一个“简单”的AIE生物探针灵敏而特异地检测过氧亚硝酸阴离子和实现体内炎症成像

活性氧和氮类物质（RONS）是各种生命过程中至关重要的氧化应激介质。但过高水平RONS的释放可能会导致细胞死亡和生物结构的破坏。过氧亚硝酸阴离子（ONOO⁻）是一种重要的RONS，它是生物体内的一种强氧化剂，有助于调节氧化还原稳态。但是过量的ONOO⁻ 常常伴随发炎，神经退行性疾病，类风湿性关节炎，癌症以及其他疾病。因此，开发一种能够以高灵敏度检测ONOO⁻ 水平的生物探针，对人类疾病的早期诊断具有极其重要的意义。

荧光探针因其可提供高灵敏度，无创且实时的检测而受到了越来越多的关注。然而，只有很少的荧光检测体系可以实现ONOO⁻ 的体外和体内检测。此外，常规的荧光染料在它们的稀溶液中荧光发射很强，但在形成聚集体后荧光会被部分或完全淬灭，这极大地限制了它们的应用。而具有聚集诱导发光（AIE）特性的染料在稀溶液中几乎没有荧光，但聚集后会发出明亮的荧光。这使得具有AIE效应的荧光探针可在高浓度时被使用，并可利用聚集诱导发光的优势，成为具有超高灵敏度的荧光“打开”型生物探针。基于AIE这些独特的优势，一些可以在不同条件下检测各种RONS的AIE探针已经被报道，但是只有少数能特异性检测ONOO⁻，甚至更少可以实现体内检测。因此，具有简单分子结构，良好化学稳定性以及可实现对ONOO⁻ 特异性灵敏检测的新型AIE生物探针将会有非常广阔的应用前景。

近日，香港科技大学唐本忠院士课题组与南开大学丁丹教授课题组合作，将一种商用的AIE染料（TPE-DMA）与4-(溴甲基)苯硼酸偶联，通过一步反应合成了一种新型的可以特异性检测ONOO⁻ 的“打开”型荧光生物探针，即TPE-DMAB。（图1）

图1. TPE-DMAB的合成路线和ONOO⁻ 检测的设计原理。

由于季铵盐和硼酸部分使TPE-DMAB表现出一定亲水性，使得探针在水溶液的荧光发射微弱。但是，OONO⁻ 的存在会使TPE-DMAB氧化裂解，并最终产生TPE-DMA。TPE-DMA具有强疏水性和典型的AIE特性，因此会在水中形成聚集体并展现出明亮的荧光。TPE-DMAB可快速对ONOO⁻ 产生响应并转化为TPE-DMA，从而引发高达100倍的荧光增强。在3-12μM的范围内，荧光强度与ONOO⁻ 浓度之间存在良好的线性关系，检测限为54 nM。此外，与其他多种RONS相比，TPE-DMAB对ONOO⁻ 具有高度的选择性。（图2）

图2. TPE-DMAB对ONOO⁻ 的特异性响应。

制成纳米粒子的TPE-DMAB纳米探针对ONOO⁻ 同样具有良好的检测性能，并被成功用于检测巨噬细胞产生的内源性ONOO⁻。（图3）

图3. TPE-DMAB 纳米粒子孵育3 h的活鼠巨噬细胞（RAW 264.7）的CLSM成像。

此外，该纳米探针具有良好的生物相容性。并可被进一步用于小鼠炎症部位的特异性成像。（图4）在TPE-DMAB 纳米粒子注射30分钟后，在炎症部位观察到强烈的荧光信号，而未注射探针以及提前注射ONOO⁻ 清除剂的小鼠未出现明显的荧光变化。这说明，该探针可被用来实现ONOO⁻ 的检测和炎症部位的成像。

图4. 裸鼠炎症部位的体内荧光成像。

这项工作以商用的AIE荧光染料为前驱体，制备了一种简便合成的AIE生物探针，用于灵敏和特异性地检测过氧亚硝酸阴离子。该生物探针可以实现体外ONOO⁻ 的检测和体内炎症的可视化。

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Sensitive and specific detection of peroxynitrite and in vivo imaging of inflammation by a “simple” AIE bioprobe

Huilin Xie, Jingtian Zhang, Chao Chen, Feiyi Sun, Haixiang Liu, Xinyuan He, Kristy W. K. Lam, Zhao Li, Jacky W. Y. Lam, Guo-Qiang Zhang, Dan Ding, Ryan T. K. Kwok and Ben Zhong Tang

唐本忠 教授

香港科技大学

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