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  脂質(zhì)作為生命體的基本構(gòu)成組分發(fā)揮著重要生理功能。脂質(zhì)的異常分布是動(dòng)脈粥樣硬化、脂肪肝、糖尿病等多種疾病的重要病理特征，例如動(dòng)脈粥樣硬化是一種以動(dòng)脈脂質(zhì)異常沉積為特征的常見疾病，而針對(duì)動(dòng)脈粥樣斑塊的高空間分辨熒光成像對(duì)于其病理研究具有重要價(jià)值。

  近日，香港科技大學(xué)、華南理工大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)與南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院鄭磊教授，合作報(bào)道了一種能夠在脂相及水相通過單一波長激發(fā)同時(shí)發(fā)出雙色熒光的聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）探針（圖1），可特異性結(jié)合至動(dòng)脈粥樣斑塊，通過高分辨雙色熒光成像有效揭示其微觀病理結(jié)構(gòu)。

圖1  單一波長激發(fā)雙色熒光成像示意圖。

  作者首先通過簡(jiǎn)單的Knoevenagel縮合反應(yīng)制備了熒光分子IND，該分子在THF溶液中的最大發(fā)射波長為526 nm，但在水含量為99%的THF和水的混合溶液中，最大發(fā)射波長紅移至639 nm且強(qiáng)度明顯增加（圖2a-d）。通過單晶結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，相鄰的兩個(gè)IND分子呈反向平行排列，通過π-π相互作用（3.558 Å）

  形成了“二聚體”（圖2e-f），進(jìn)一步通過C-H...O相互作用將“二聚體”連接在一起。該“面對(duì)面”的二聚體排列方式，表明IND分子通過形成激基締合物（excimer）導(dǎo)致聚集態(tài)的發(fā)光明顯紅移，同時(shí)由于聚集態(tài)的分子內(nèi)運(yùn)動(dòng)受限，導(dǎo)致熒光明顯增強(qiáng)。

圖2 具有AIE性質(zhì)的IND分子的合成路線、吸收和發(fā)射光譜以及晶體堆積結(jié)構(gòu)。

  作者進(jìn)一步考察了IND分子在脂相和水相中的發(fā)光行為。如圖3所示，在葵花籽油和水的混合物中，UV燈照射下，IND分子在上層的脂相發(fā)出明亮的綠色熒光，而在下層水相發(fā)出明亮的紅色熒光，兩者的最大發(fā)射波長相差108 nm，表明IND分子可在單一波長激發(fā)下，在脂相和水相中發(fā)出雙色熒光。這是由于IND分子在脂相中以單分子形式存在，而在水相中以“dimer”形式聚集。

圖3. IND分子在脂相和水相中的雙色熒光及分散方式示意圖。

  作者進(jìn)一步利用IND分子染色泡沫細(xì)胞（一種常見于動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中富含脂滴的特征性病理細(xì)胞），并與傳統(tǒng)脂滴染料油紅O的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)IND分子的熒光信號(hào)與油紅O的信號(hào)分布高度一致，表明IND分子可以特異性染色細(xì)胞內(nèi)的富含脂類分子的脂滴（圖4a）。另外，作者通過雙光子激發(fā)（900 nm）的高分辨率熒光成像，發(fā)現(xiàn)泡沫細(xì)胞內(nèi)的脂滴含量與氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）的孵育濃度呈明顯地正相關(guān)，并通過流式細(xì)胞分析進(jìn)行了證實(shí)（圖4b-d）。

圖4. IND分子特異性染色泡沫細(xì)胞中的脂滴。

  作者進(jìn)一步考察了IND分子對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的特異性成像能力�；谥鞍譋基因敲除(ApoE-/-)的小鼠，構(gòu)建了動(dòng)脈粥樣硬化的動(dòng)物模型，進(jìn)一步將分離得到的主動(dòng)脈通過IND分子染色1分鐘后，在UV燈照射下，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥狀斑塊的富含脂質(zhì)區(qū)域發(fā)出明亮的綠色熒光，且與日光下血管內(nèi)壁上白色沉積區(qū)域一致（圖5a）。進(jìn)一步通過組織切片的HE染色證實(shí)了綠色熒光區(qū)域?yàn)閯?dòng)脈粥樣斑塊區(qū)域，表明IND可特異性染色動(dòng)脈粥樣斑塊。作者進(jìn)一步通過雙光子熒光顯微鏡觀察了動(dòng)脈粥樣斑塊的精細(xì)結(jié)構(gòu)，在900 nm激光照射下可逐層觀察斑塊中不同深度且大小不等的脂質(zhì)區(qū)，最高深度可達(dá)400 μm（圖5b-c）。另外，在動(dòng)脈粥狀斑塊周圍觀察到呈縱向波浪形平行排列的條紋結(jié)構(gòu)并發(fā)出綠色熒光，結(jié)合動(dòng)脈組織學(xué)分析，作者推測(cè)該綠色條紋為動(dòng)脈收縮導(dǎo)致的輕微隆起的微脂紋區(qū)。有趣的是，在綠色微脂紋條帶間可觀察到細(xì)小晶體構(gòu)成的紅色條狀熒光，與微脂紋區(qū)間隔平行排列，這可能是由于IND分子在動(dòng)脈內(nèi)層微皺褶內(nèi)的水相中析出紅色熒光晶體所致（圖5d-e）。以上結(jié)果表明IND分子可在單一波長的雙光子激發(fā)下同時(shí)實(shí)現(xiàn)脂質(zhì)區(qū)（綠色）/微皺褶區(qū)（紅色）的高分辨雙色熒光成像，有助于無損、原位、立體分析微觀動(dòng)脈粥樣斑塊結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)化學(xué)染料需逐層切片染色且操作復(fù)雜的缺陷，并擁有傳統(tǒng)染料無可比擬的高空間分辨率的優(yōu)勢(shì)。

圖5. 針對(duì)ApoE基因敲除小鼠模型的主動(dòng)脈粥樣斑塊的雙色熒光成像。

  在本研究中，作者構(gòu)建了一種具有AIE性質(zhì)的新型熒光探針I(yè)ND，具有單一波長激發(fā)雙色熒光成像的重要優(yōu)勢(shì)。IND分子可在脂質(zhì)中以單分子形式存在并發(fā)出明亮的綠色熒光，在水相中以“dimer”形式聚集并發(fā)出明亮的紅色熒光。這些獨(dú)特的性質(zhì)使得IND分子可同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣斑塊的脂質(zhì)區(qū)和微褶皺區(qū)的深層、雙色高分辨熒光成像，有助于動(dòng)脈粥樣斑塊的病理研究。該成果近期發(fā)表在Materials Horizons上，文章第一作者為南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院司徒博博士、華南理工大學(xué)的高蒙副研究員以及南方醫(yī)科大學(xué)碩士生何曉靜，通訊作者為唐本忠院士和鄭磊教授。

  文章作者：Bo Situ, Meng Gao, Xiaojing He, Shiwu Li, Bairong He, Fengxia Guo, Chunmin Kang, Shan Liu, Lei Yang, Meijuan Jiang, Yanwei Hu, Ben Zhong Tang*, and Lei Zheng*

  文章題目：A Two-Photon AIEgen for Simultaneous Dual-Color Imaging of Atherosclerotic Plaques

  文章鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2014/MH/C8MH01293H?page=search

  DOI：10.1039/C8MH01293H