今天给大家介绍一篇来自“Journal of the American Chemical Society”的文章，题名为“Reversible Recognition-Based Boronic Acid Probes for Glucose Detection in Live Cells and Zebrafish”。

葡萄糖是一种重要的能量来源，直接决定着人体的稳态。然而，由于缺乏强大的成像探针，人体内葡萄糖稳态变化的机制尚不清楚。本文在邻-氨甲基苯硼酸探针PDBA的基础上合成了具有良好生物相容性和高灵敏度的二硼酸探针。作者开发了Mc-CDBA和Ca-CDBA探针（图1），以评估取代基对系统的影响。在二硼酸探针的帮助下进行的体内可视化揭示了葡萄糖的异质性以及抗糖尿病药物对斑马鱼胚胎葡萄糖水平的影响（图1c）。

图1

作者首先研究了Mc-CDBA和Ca-CDBA在0.5%MeOH/PBS缓冲液模拟生理条件下的光学性质（图2）。结果发现Mc-CDBA比Ca-CDBA更好的光学性能。这可能是由于引入了氢杂环基−COOCH₃，这增加了蒽的疏水性，导致蒽和葡萄糖之间的CH-π相互作用增强，同时，在365nm的紫外线照射下存在显著的颜色变化（图2c），表明Mc-CDBA可以灵敏地识别葡萄糖。动力学实验（图2f）表明Mc-CDBA和Ca-CDBA可以快速识别具有良好光稳定性的葡萄糖。此外，作者还评估了Mc-CDBA对葡萄糖的特异性（图2h）。总之，这些结果证实了Mc-CDBA和Ca-CDBA可以快速检测葡萄糖，并表现出良好的光稳定性和高特异性。

图2

Mc-CDBA在不同pH下对葡萄糖的传感可能涉及多种结合类型（图3e）。随着pH逐渐增加到Mc-CDBA的pKa，探针Mc-CDBA开始与葡萄糖反应，并在5至8的pH范围内表现出灵敏和稳定的荧光响应。作者对Mc-CDBA、Ca-CDBA及其葡萄糖硼酸盐化合物进行了计算评估。如图3f所示，这些探针的最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道水平（LUMO）主要分布在蒽的共轭体系上。探针带隙越小，就越容易被激发。因此，这些结果表明，探针在与葡萄糖结合后更容易被激发并产生更强的荧光响应。所有这些结果都证实了Mc-CDBA和Ca-CDBA可以感知葡萄糖水平的变化。

图3

由于Mc-CDBA和Ca-CDBA可以敏感和选择性地识别复杂基质中的葡萄糖，因此评估了探针对细胞中葡萄糖成像的能力。在5min时，在细胞内部和外部观察到明显的荧光差异。为进一步探索探针对细胞成像的能力，作者还观察HeLa细胞中的葡萄糖消耗。此外，作者使用Mc-CDBA来观察两组正常细胞和肿瘤细胞，结果表明，Mc-CDBA能有效区分肿瘤细胞和正常细胞，在肿瘤相关疾病的诊断中具有潜在的应用价值。最后，在斑马鱼胚胎中使用探针Mc-CDBA和Ca-CDBA的葡萄糖成像显示出筛选糖尿病相关药物的巨大潜力。

图4

通过这项研究，作者开发了两种基于邻-氨甲基苯硼酸的探针（Mc-CDBA和Ca-CDBA），用于通过原位荧光成像在体外和体内检测葡萄糖。与其他葡萄糖示踪剂和酶探针相比，由于其可逆、动态和原位识别，二硼酸探针可以直接报告细胞内葡萄糖。由于其识别细胞内葡萄糖的独特能力，Mc-CDBA和Ca-CDBA可用于区分和确定细胞状态，以及评估和筛选葡萄糖相关疾病的潜在药物。这种设计方法可以推广用于开发特定的硼酸探针，用于传感其他重要的生理物质，如邻苯二酚、糖、氟离子等。

本文作者：QHJ

责任编辑：FJY

原文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c13694

DOI: 10.1021/jacs.2c13694