自噬是一種維持真核細胞營養(yǎng)和能量平衡的細胞過程。自噬功能異常與包括心血管疾病、癌癥、神經(jīng)退行性疾病、感染、肥胖在內(nèi)的多種疾病密切相關。因此，精準成像自噬過程對于疾病診斷、病因理解、藥物開發(fā)等領域至關重要。盡管已經(jīng)開發(fā)了許多熒光探針用于自噬成像，但這些探針大多屬于環(huán)境響應型探針，容易受到理化性質(zhì)的波動或其它細胞過程的影響，為成像帶來不確定性。自噬的關鍵步驟是自噬體與溶酶體的融合，自噬體和溶酶體內(nèi)的成分由于融合而靠近。F?rster共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）是通過長程偶極-偶極相互作用將供體激發(fā)態(tài)的能量轉(zhuǎn)移至臨近受體的過程，高度依賴于供、受體之間的空間距離和波長的重疊程度。從空間角度來看，F(xiàn)RET策略非常適配成像自噬過程。為了實現(xiàn)精準自噬成像，供、受體之間的高效結(jié)合是構(gòu)建FRET成像系統(tǒng)的關鍵，從而確保它們在靠近時實現(xiàn)有效的能量轉(zhuǎn)移。此外，考慮到自噬過程涉及多種不同細胞器，設計一個能夠成像多種自噬過程的通用平臺能更好地滿足實際需求。
圖1. 成像細胞器自噬的大環(huán)兩親FRET平臺示意圖 近日，南開大學郭東升教授和中山大學陳洪中副教授合作報道了一種大環(huán)兩親分子構(gòu)建的FRET自噬成像平臺（圖1）。通過兩親磺化杯[6]芳烴（SC6A12C）與具有溶酶體靶向能力的N-十六烷基嗎啉（NCM）共組裝，形成超分子FRET載體SC6A12C/NCM（SN），以進一步容納FRET供體和受體。9,10-雙(2-苯乙炔基)蒽烯（BPEA）作為FRET供體，被負載在SN的疏水區(qū)域，其熒光信號在致密的疏水區(qū)域中得到增強。得益于SC6A12C空腔的廣譜包結(jié)能力，三種商業(yè)化的細胞器探針（Mito-Tracker Red、ER Tracker Red和RhoNox-1）無需進行額外的針對性修飾即可作為FRET受體進行自噬成像。在自噬過程中，細胞內(nèi)主-客體復合物的形成有效激活了FRET信號，成功實現(xiàn)了對線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體自噬過程的精準成像。 圖2. 結(jié)合親和力的測定與體外FRET驗證 熒光滴定實驗結(jié)果顯示，所構(gòu)筑的大環(huán)兩親FRET平臺對三種商業(yè)化的細胞器探針都表現(xiàn)出強的結(jié)合力。供體發(fā)射光譜與受體吸收光譜的重疊以及強有力的主-客體相互作用，使得FRET過程得以有效進行，供受體之間的FRET效率可以達到80%（圖2）。這些結(jié)果展示了大環(huán)兩親FRET平臺成像多種細胞器自噬過程的潛力。 圖3. 不同細胞器自噬過程的成像 圖4. 不同自噬水平的成像 細胞成像結(jié)果顯示，大環(huán)兩親FRET平臺與不同的商業(yè)化細胞器特異性探針結(jié)合時，即可有效地成像不同細胞器的自噬過程（圖3）。這表明大環(huán)兩親分子依賴非共價相互作用，即可得到適用于多種細胞器自噬成像的通用性平臺，突出了大環(huán)兩親分子作為“具有主-客體識別位點的表面活性劑”的獨特優(yōu)勢。更重要的是，大環(huán)兩親FRET平臺還能精準地成像細胞不同水平的自噬（圖4）。 綜上所述，作者提出了一種利用大環(huán)兩親分子構(gòu)建FRET平臺進行細胞器自噬成像的策略。這一策略獨特的主-客體絡合機制促進了供體和受體分子的接近，有效激活了FRET信號，成功實現(xiàn)了線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體三種關鍵細胞器自噬的精準成像。該工作為實現(xiàn)精準的細胞器自噬成像開辟了新的途徑。 論文信息 A FRET Autophagy Imaging Platform by Macrocyclic Amphiphile Ze-Tao Jiang, Jie Chen, Fang-Yuan Chen, Yuan-Qiu Cheng, Shun-Yu Yao, Rong Ma, Wen-Bo Li, Hongzhong Chen, Dong-Sheng Guo Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202420793
