化學與材料科學
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胰腺癌五年生存率低於8%，開發準確、可靠的診斷技術非常重要。近年來，聚集誘導發光材料（AIEgens）因具有良好光穩定性、高解析度和長期跟蹤能力，被廣泛用於實時和原位成像。但是，目前AIEgens探針的開發仍存在特異性靶向能力差、細胞/組織穿透性低等瓶頸，無法在活體組織中得到更好的應用。為了解決以上問題，華東理工大學朱為宏課題組基於早期提出的“雙親性AIE”設計策略（National Science Review），在Advanced Materials期刊上發表了題為An Enzyme-Activatable Aggregation-Induced-Emission Probe： Intraoperative Pathological Fluorescent Diagnosis of Pancreatic Cancer via Specific Cathepsin E的文章。
在該工作中，作者以早期發展的AIE母體喹啉腈（QM）衍生物QM-COOH作為熒光報告基團，引入組織蛋白酶E（CTSE）響應的肽鏈Ala-Gly-Phe-Ser-Leu-Pro-Ala-Lys-Arg（簡寫為HSP）以及水溶性的穿膜肽（Arg8，簡寫為CPP），構建了雙親性啟用型AIE探針QM-HSP-CPP （圖1B）。穿膜肽的引入使該探針在水溶液中保持熒光關閉狀態，當與CTSE響應後，探針水溶性下降，發生聚集、產生熒光，從而實現對CTSE的實時檢測（圖1C）。由於胰腺癌過表達CTSE，且隨著癌變程度增加，表達量增高（圖1D），因此該探針可以用於胰腺癌的診斷。
圖1。 設計AIE啟用型探針QM-HSP-CPP，透過CTSE實現對胰腺癌臨床視覺化診斷。（A）目前臨床切片的診斷技術，（B）設計CTSE酶啟用型AIE探針QM-HSP-CPP。（C）探針QM-HSP-CPP對CTSE響應的示意圖。（D）從TCGA資料庫中獲得正常胰腺組織和各種晚期胰腺組織中CTSE的表達。
探針QM-HSP-CPP在各種溶劑體系中均具有良好的分散性，呈熒光關閉狀態，這一性質極大降低了其在檢測過程中的背景熒光（圖2A和B）。當黏度增加時，由於分子內旋轉受限，探針QM-HSP-CPP的熒光增加，驗證其具有AIE熒光特性（圖2C）。體外響應測試發現，新增CTSE酶（50 pmol/mL）後，探針QM-HSP-CP的熒光強度可隨著孵育時間的增加而逐漸上升，從而實現對CTSE的啟用型響應（圖2D和E）。相對於市售的ICG染料，QM系列探針具有優異的光穩定性，有望用於長時間高保真成像（圖2F）。作者透過響應後質譜驗證了探針的酶切機理（圖2G），並且證明探針對CTSE酶具有很好的選擇性（圖2H）。
圖2。 探針QM-HSP於QM-HSP在不同溶劑體系中的光譜性質。（A，B）探針QM-HSP（10-5M）在DMSO/EtOH-Water混合體系中的發光光譜（λex = 447 nm）。（C）探針QM-HSP-CPP在甘油-水體系中的光譜。（D）QM-HSP-CPP對CTSE（50 pmol/mL）隨著時間變化的熒光響應。（E）I/I0相對時間的關係曲線。（F）QM系列探針以及ICG染料的光穩定性測試。（G）高分辨質譜對酶切響應的機理驗證。（H）探針的選擇性實驗。
探針QM-HSP-CPP能有效穿透細胞膜，並透過CTSE酶的酶切作用，實現對胰腺癌細胞（SW990）的啟用型檢測（圖3A），從而有效區分胰腺癌細胞和正常胰腺細胞（MS1） （圖3B）。作者進一步考察了該探針檢測臨床樣本的可能性，結果顯示，探針QM-HSP-CPP在胰腺癌組織的熒光強度是癌旁組織的9。3倍，能有效區分癌組織和癌旁組織 （圖3D）。這一結果與組織學蘇木精-伊紅（H&E）染色和免疫組織化學（IHC）染色的結果相對應（圖3C），並遠好於免疫熒光染色（IF）對癌組織和癌旁組織的區分能力。此外，探針QM-HSP-CPP還可以實現對荷瘤裸鼠模型中胰腺癌的靶向啟用熒光響應（圖3E和3F），有望應用於熒光介導的手術導航。
圖3。 探針QM-HSP-CPP有效檢測胰腺癌中CTSE酶。（A） 探針QM-HSP-CPP與SW1990細胞孵育不同時間的熒光成像照片。（B） 探針QM-HSP-CPP區分胰腺癌細胞和正常胰腺細胞。（C） 胰腺癌組織冰凍切片的H&E和IHC染色。（D） QM-HSP-CPP染色胰腺癌組織冰凍切片及其免疫熒光（IF）染色。（E和F） QM-HSP-CPP檢測內源性CTSE過表達的胰腺癌荷瘤模型。（E）瘤內注射，（F）尾靜脈注射。
論文作者為華東理工大學博士生
朱志榮
，通訊作者為華東理工大學
朱為宏教授
和
王琪副教授
。該文章得到了上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院
陳曉炎
醫生的大力支援。
原文連結
https：//onlinelibrary。wiley。com/doi/10。1002/adma。202107444
National Science Review：
https：//doi。org/10。1093/nsr/nwaa198