聚集诱导发光-多肽的自组装调控与线粒体谷胱甘肽可逆探针的开发

Monitoring of mitochondrial GSH level plays important roles in mitochondrial related signaling, early diagnosis and treatment of cancers. However, only very few of current GSH probes can achieve mitochondrial targeting and real-time dynamic monitoring. In this project, the self-assembly behavior of the AIE-peptides (AIE: aggregation-induced emission) and their fluorescent properties will be investigated for the development of reversible mitochondrial GSH probes. By structure design, tetraphenylethylene derivatives will be developed as fluorophores. After combination of different peptide sequences with AIE fluorophores, the stacking modes, fluorescent properties, and mitochondrial targeting performance of different AIE-peptide self-assembly structures will be investigated, for the development of “light-up” GSH probes and reversible probes. In the end, the probes will be applied for the investigation of enzymatic activity of glutathione reductase, detection of mitochondrial GSH level and real-time monitoring of mitochondrial GSH. The success of this project will provide concept for the development of reversible probes with aggregation-induced emission (AIE) properties and provide more examples of mitochondrial GSH probes.

线粒体谷胱甘肽（GSH）水平的测定对于研究线粒体信号传导、癌症早期诊断及抗癌药物的筛选都具有重要意义，而现有的GSH荧光探针中实现线粒体靶向及动态实时监控的非常有限。本项目拟开展聚集诱导发光-多肽的自组装行为及其荧光性质的研究，设计开发靶向线粒体的GSH荧光探针及可逆检测体系。通过结构设计，合成四苯乙烯衍生物作为发光基团，结合自组装多肽研究不同多肽序列与聚集诱导发光分子微观聚集方式、荧光性质、线粒体靶向性的影响。通过探索GSH诱导自组装的途径，设计开发 “点亮型” GSH荧光探针以及可逆型荧光探针。最后将所得的探针分别应用于谷胱甘肽还原酶活性检测、线粒体GSH水平检测及线粒体GSH的动态监测。本项目的成功实施将为聚集诱导发光可逆探针的开发提供思路和参考，为开发靶向线粒体GSH的荧光探针提供新的方法。

荧光探针具有毒性小，选择性好和多样性的优点，能够满足多样化的检测需求。点亮探相对于淬灭型探针来说，容易得到更高的信噪比，能够避免产生假阳性和假阴性的检测结果。聚集诱导发光（AIE）探针在生物分析和生物成像领域具有广泛的应用，本课题结合聚集诱导发光材料本身独特的发光性质以及多肽分子生物识别功能以及自组装特性，开发了点亮型的生物检测功能探针，在识别目标时，通过AIE分子的聚集和多肽分子的自组装实现增强的“点亮型”荧光信号，用于生物荧光检测和荧光成像。成果包括：基于具有自组装性质的多肽结构，开发了对GSH有响应的线粒体聚集诱导发光多肽探针，考察了探针点亮检测GSH的能力，并且在细胞水平进一步验证了探针的靶向性和用于荧光成像的潜力。此外还开发了用于检测转谷氨酰胺酶催化活性的聚集诱导发光多肽探针，分别考察了水溶液和细胞裂解液中，探针对转谷氨酰胺酶的荧光响应。本项目通过聚集诱导发光现象和多肽的自组装有机结合，开发了具有荧光增强的性质的点亮型荧光探针，并实现了小分子以及酶活性的荧光检测和成像，并且为未来更多功能、多样化的多肽荧光探针、诊疗一体化探针的开发，提供了有价值的研究基础和参考。在本项目的资助下，发表SCI论文2篇，其中一篇为TOP期刊，培养硕士研究生3名，积极开展国内外交流合作。