酶是人體不可或缺的生物大分子，可通過催化底物的化學反應調控細胞的正常功能。然而，酶的催化活性異常與人類重大疾病的發生與發展密切相關（如癌癥、細胞衰老等）。
2020年，華東理工大學費林加諾貝爾科學家聯合研究中心與中科院上海藥物所、國家蛋白質中心、美國得克薩斯大學奧斯丁分校以及英國巴斯大學合作在酶激活型光控熒光染料的超高分辨成像取得重要進展，研究成果以“Photochromic Fluorescent Probe Strategy for the Super-resolution Imaging of Biologically Important Biomarkers”為題全文發表于《美國化學會志》（JACS）。
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研究介紹（節選）
前期研究中，研究團隊通過構建螺吡喃-萘酰亞胺光控熒光染料體系，實現了肝癌細胞的靶向光控熒光成像（Nat.Commun. 2017, 8, 987），進而通過人血清白蛋白（HSA）的引入，構建了光控探針/蛋白質復合物，提升了探針的雙熒光發射性能，實現了肝癌細胞的靶向雙熒光循環成像（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 8671?8674）。
在上述基礎上，科研人員在光致變色基團螺吡喃結構中引入了可被β-半乳糖苷酶（β-Gal）水解的β-半乳糖基團，同步抑制了螺吡喃的光致變色性能和熒光性能，并進一步將探針與HSA結合，形成光學性能增強的蛋白復合體。復合探針被細胞內化后受β-Gal催化水解β-半乳糖殘基，從而同步激活螺吡喃分子的光致變色和熒光性能。
基于探針獨特的光控“熒光閃爍”性能，研究人員運用超高分辨成像技術（STORM—隨機光學重建顯微鏡）提升了探針的衍射極限（分辨率74-80 nm），在亞細胞層次實現了β-Gal在卵巢癌細胞和衰老細胞中的活性分布探測。
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研究結果（部分）
實驗表明，卵巢癌細胞的β-Gal傾向于均勻分布在胞質中，而在衰老細胞中傾向于溶酶體分布。平行應用膜檢測算法（membrane detection algorithm）分析了兩種不同細胞中酶分布的數據信息，構建了兩種不同病理狀態下的多邊形模型圖，為酶催化生物大分子動態修飾的亞細胞水平精準成像提供了新的化學工具。
上述研究工作主要由柴先志博士、韓海浩博士和Adam C. Sedgwick博士在華東理工大學化學與分子工程學院張雋佶副教授、賀曉鵬研究員和中科院上海藥物所李佳研究員指導下協作完成，并得到了田禾院士的悉心指導。
超高分辨成像實驗得到了國家蛋白質中心的李娜老師、李瑤老師和于洋老師的指導。研究工作獲得了國家自然科學基金“生物大分子動態修飾與化學干預”重大基礎研究計劃、優秀青年科學基金、上海市啟明星計劃、上海市重大科技專項等項目的資助。
參考文獻
Photochromic Fluorescent Probe Strategy for the Super-resolution Imaging of Biologically Important Biomarkers . Xianzhi Chai, Hai-Hao Han, Adam C. Sedgwick, Na Li, Yi Zang, Tony D. James, Junji Zhang*, Xi-Le Hu, Yang Yu, Yao Li, Yan Wang, Jia Li*, Xiao-Peng He*, He Tian J. Am. Chem. Soc., 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c05379
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