今天为大家分享一篇近期发表在J. Phys. Chem. B上的文章，Glycopeptide-Conjugated Aggregation-Induced Emission Luminogen: A pH-Responsive Fluorescence Probe with Tunable Self-Assembly Morphologies for Cell Imaging。这篇文章的通讯作者是西安理工大学理学院应用化学系的何仰清教授，宝鸡文理学院化学化工学院的冯海涛博士和中国科学院大学国家纳米科学中心的李莉莉研究员。

众所周知，pH是影响细胞生物过程的关键因素，例如酶活性和生物体发育。生命系统中pH值的异常通常与癌症、神经系统疾病等疾病产生有关，比如在癌细胞中，由于糖酵解和乳酸产生速度快，大多数肿瘤的周围比正常生理环境具有更强的酸性，pH值通常在5.5~6.5之间。核磁共振波谱、吸收光谱等传统的pH检测方法，存在灵敏度低、校准繁琐、缺乏靶向能力以及潜在毒性等固有问题。与放射学技术相比，荧光成像在检测安全性和分辨率方面具有很大的优势，但是高浓度或聚集状态下的荧光淬灭（聚集荧光淬灭，ACQ）导致许多探针被迫在荧光“关闭”模式下工作，实际应用范围较窄。

聚集诱导发光(AIE)过程为ACQ问题提供了直接解决方案。AIE荧光团在溶液中几乎不发光，但在聚集时分子内旋转受到限制，抑制了无辐射衰减，加强了荧光等辐射衰减，使荧光效率增加。为了检测细胞中pH值的变化，作者设计了一种糖肽-AIE探针(TGO)。其中，糖肽部分由天冬氨酸(Asp)、N-乙酰氨基葡萄糖基丝氨酸和甘氨酸组成，AIE部分（AIEgen）为TPA-1。这两部分具有相反的亲、疏水性：在酸性条件下，疏水性糖肽组分通过氢键相互作用形成β-折叠层状组装结构，AIEgen则由于质子化产生较强的亲水性；而在碱性条件下，侧链离子化的Asp和氨基葡萄糖残基增强了亲水性，TGO转变为纳米胶束。

TGO的合成路线如图1所示。作者首先将N-乙酰基-D-葡萄糖胺与Fmoc-Ser-OH在二氯乙烷(DCE)中混合，并在InBr₃存在下80 ℃回流16 h得到糖肽2。作者再利用多肽固相合成技术和“点击”反应，最终脱保护得到TGO分子。

作者首先通过测定TGO分子在不同比例DMSO/H₂O体系中的紫外-可见吸收光谱，发现最强吸收峰位于470 nm且摩尔消光系数随H₂O比例(f_w)上升仅有略微减小，如图2a所示。随后，作者发现f_w高于60%时，TGO荧光强度明显增强（图2b），可能的原因是随着不良溶剂比例增加，AIEgen分子内旋转被阻断，更多的能量以光辐射的形式释放，表明TGO具有典型的AIE特性。最后，当TGO浓度高于25 μM时，TGO的荧光强度在pH为5.5和7.4之间显著增加（图2d），证明pH值的变化会影响TGO在临界浓度附近的聚集。

作者进一步通过圆二色（CD）光谱评估了TGO在不同pH下的自组装性能（图3a）。pH为5.5时，疏水性肽通过多重氢键相互作用产生β-折叠层状组装结构，并且AIEgen暴露于水相中，降低了荧光强度；pH为7.4时，AIEgen开始作为疏水核堆积，形成具有β-转角构象的过渡扭曲结构；pH为8时，仅有的疏水组分AIEgen聚集形成紧密压缩的核心以增加荧光强度。因此，根据纳米结构的转变机制，TGO可以响应不同的pH条件。

细胞成像实验结果表明，TGO的荧光强度随着细胞内pH值的增加而增强（图4b），且在长时间培养的细胞中因细胞酸性物质累积而导致荧光强度下降（图4d），说明该探针可以感知并响应细胞微环境。此外，作者发现长时间孵育下TGO的荧光基本没有减弱，表明TGO分子具有优异的稳定性和长时间的成像窗口。最后，24 h孵育下细胞活力结果表明即使在100 μM的浓度下，TGO也未表现出细胞毒性。 

总的来说，作者开发了一种pH响应的TGO探针，它由糖肽和AIE两部分组成。这两个部分在不同pH下体现出相反的亲、疏水性变化，导致TGO的纳米结构随pH发生变化。当pH从5.5变化至8.0时，TGO由纳米片层转变为纳米胶束，导致荧光强度显著增加。作者的研究不仅将为设计生物测定的pH响应荧光探针提供一种新策略，而且还将拓展AIE偶联探针的应用前景。

作者：QJC    审校：XW

DOI: 10.1021/acs.jpcb.1c06443

Link: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.1c06443