ANGEW CHEM丨近红外荧光探针的启动式设计：用于生物大分子的高灵敏度和高特异性监测
作者：高倩倩
在生物医学和技术领域中，特定生物大分子的简便、高灵敏和高特异性监测至关重要。在本研究中，作者提出了一种开启式近红外（NIR）荧光探针的设计，在这种设计中荧光信号的产生是基于酞菁生色团的聚集/解聚，且该酞菁生色团荧光的产生是由小分子“锚”基团选择性结合到目标生物聚合物的特定结合位点控制的。为了验证该设计，作者选择EGFR酪氨酸激酶为靶标进行了研究。作者认为在这种设计中，荧光信号产生的普遍性以及信号响应对小分子“锚”基团选择性结合靶标的依赖性，使得这种设计从根本上提高了信噪比，实现了高特异性和高灵敏度检测靶蛋白的目标。
图文解读
图1：选择性启动荧光探针的原理图。该探针由一个Pc报告基团和一个靶标识别锚域组成。在没有靶标时，由于Pc荧光色团的聚集，探针不能发出荧光。存在靶标时，“锚”基团结构域与特定的蛋白靶标结合可以降低聚集的倾向，并启动Pc报告基团发出荧光。
图2：EGFR激酶传感器1和对照组10的合成与结构。试剂和条件：(a)甲酰胺，160 ℃，6 h；(b) SOCl2，DMF (催化)，回流，3 h；(c) 3-碘苯胺，DIPEA， i-PrOH，回流，3 h；(d) SnCl2×2H2O，EtOH，回流，2 h；(e) HOBt、HBTU、DIPEA、CH2Cl2或DMF，12-36 h；(f) LiOH， MeOH-H2O，12 h，HCl；(g) 4-甲基六氢吡啶，DMF；(h) Zn(OAc)2, DBU, n-BuOH, DMF, 106 ℃, 24 h；(i) TFA, TIPS-H, CH2Cl2, 3-5 h。
图3：对传感器Pc 1的光谱研究。（A）发射光谱，在分散状态下，Pc 1发射出强烈的近红外荧光(黑线，DMSO溶液)。当聚集时，Pc 1完全无荧光(红线，10% DMSO溶液缓冲液)。Pc 1浓度为400 nM，激发波长为665 nm。（B）吸收光谱，提示Pc 1在DMSO溶液(黑线)中没有聚集，水溶液(红线10% DMSO溶液缓冲液)中有聚集。
图4： Pc 1对EGFR的响应（A）在水溶液条件下，加入不同浓度的EGFR，随着EGFR浓度的增加，Pc1发射荧光强度呈线性增加，并在692nm处，有最强的荧光发射，检测限（LOD）约为3nM。在存在BSA蛋白或AKT激酶的情况下，Pc 1无荧光。（B）在EGFR(蓝线)存在的情况下，Pc 1的吸收曲线表明化合物至少部分解聚，添加BSA蛋白(红线)或AKT激酶(绿线)不会导致解聚。
总之，本文提出了一种高选择性、高灵敏性荧光探针设计方法，该方法设计的 荧光探针有以下几个特点：首先利用该方法设计的荧光探针只有在结合到特定的蛋白质目标时才会发出荧光，且能够在低纳摩尔浓度下进行可靠的检测，检测限比其他报道的生物聚合物长波长荧光探针的检测限要低得多；其次，该荧光探针启动反应基于Pc的聚集/去聚集机制，因此独立于特定的蛋白靶点，在为靶蛋白设计启动传感器方面具有很大的潜能。最后，该检测方法操作简单，中间不需要任何洗涤步骤，且在生物环境中不受其他非目标反应的干扰，有良好的特异性。
Gerard T. Ducharme, Zane LaCasse, et.al. Design of Turn-On Near-Infrared Fluorescent Probes for Highly Sensitive and Selective Monitoring of Biopolymers. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 8440–8444. doi.org/10.1002/anie.202000108.
