近日，西南交通大学生命科学与工程学院吴明雨博士在《Materials Chemistry Frontiers》（影响因子：6.788，中科院化学1区，TOP期刊）上以我院为第一单位发表了题为“A Near-Infrared AIE Probe for Super-Resolution Imaging and Nuclear Lipid Droplets Dynamic Study”的研究论文。
脂滴（LDs）不仅在脂质代谢和能量储存中起着不可缺少的作用，而且在包括蛋白质降解的调节、质膜的稳态以及细胞信号转导生物过程中也扮演重要的角色。脂滴通常被认为起源于内质网，并进一步被转移到细胞质中。然而，研究发现在肝细胞细胞核内存在着一定数量的脂滴。这些核脂滴（nLDs）来自脂蛋白前体，当内质网应激时，其在内核膜(INM)中产生并高度积累。然而，由于研究工具的限制，对核脂滴的起源和其生理意义仍知之甚少。BODIPY 493/503是目前唯一被报道用于核脂滴成像的小分子荧光探针。然而，由于其聚集诱导猝灭(ACQ)的特性，很容易在聚集时引起自猝灭，导致荧光背景高、光稳定性差和信噪比低等缺点。聚集诱导发光（AIE）很好的克服了ACQ的缺点，具有低背景荧光、荧光成像信噪比高和良好的光稳定性等优点，是理想的生物荧光成像工具。
我院吴明雨博士和卡罗琳医学院（Karolinska Institutet）陈斯杰博士课题组合作开发了新型的脂滴靶向近红外AIE荧光探针DTZ-TPA-DCN（图1A），可用于脂滴的超分辨荧光成像和核脂滴的动态监控。
图1 DTZ-TPA-DCN的结构和光学性质。
DTZ-TPA-DCN的最大吸收峰在495 nm，最大发射峰 在715 nm（图1B）。具有明显的AIE特性，以乙腈/水溶剂体系中，荧光可以增强8.1倍（图1C）。并通过动态光散射证实了在90%水溶液中形成了平均粒径约为113.5 nm的聚集体(图1D)。
图2 DTZ-TPA-DCN用于脂滴的SIM和共聚焦成像。
DTZ-TPA-DCN表现出良好的生物相容性，能选择性标记细胞内的脂滴，并具有良好的光稳定性。荧光探针良好的光稳定性是得到高质量超分辨影像的重要前提。我们进而利用DTZ-TPA-DCN为荧光探针，用结构化照明显微镜（SIM）对HepG2细胞中的脂滴进行超分辨成像。如图2所示，利用DTZ-TPA-DCN为荧光探针，可以获得较为高质的SIM图像。与共聚焦激光扫描显微镜相比，SIM可以观测到更清晰的脂滴信号 (图2A和2C)，更容易在集群中区分每个单独的脂滴，单个脂滴的线扫描图也显示出空间上增强的分辨率(图2B和2D)。
图3 油酸处理的HepG2细胞核脂滴成像分析。
研究发现DTZ-TPA-DCN除了标记细胞质内的脂滴，还可以点亮胞核内的脂滴(图3A，白色箭头)，并通过Z-stack采集的三维重建图像证实(图3B)。
DTZ-TPA-DCN可用于内质网应激过程中核脂滴进行动态监测（图4）。油酸（OA）处理的HepG2细胞，不仅细胞质脂滴显著增加，而且核脂滴的含量也显著提高。进一步加入内质网应激药物衣霉素（TM），核脂滴细胞比率由42.2%增加到到57.9%，而加入抑制剂CP-346086，核脂滴细胞百分比下降，并恢复到与OA处理细胞相当的水平。最后，我们利用DTZ-TPA-DCN，首次发现重要的信号脂质二酰基甘油（DAG）可以诱导哺乳动物肝癌细胞核脂滴的形成。
图4 DTZ-TPA-DCN用于内质网应激和抑制甘油三酯转移蛋白活性过程中核脂滴的动态监控。
DTZ-TPA-DCN为脂滴的超分辨成像和核脂滴的动态监测提供了一个非常实用的研究工具，有助于更深入理解核脂滴的生理功能。
我院吴明雨博士和卡洛琳医学院Jong-Kai Leung为共同第一作者，卡洛琳医学院陈斯杰博士为通讯作者。该研究工作得到封顺教授的大力指导。该项研究工作得到了自然科学基金（21708030）和四川省科技厅基金（2021YJ0397）的资助。
A Near-Infrared AIE Probe for Super-Resolution Imaging and Nuclear Lipid Droplets Dynamic Study
Ming-Yu Wu, Jong-Kai Leung, Chuen Kam, Tsu Yu Chou, Dong Wang, Shun Feng and Sijie Chen*
Mater. Chem. Front., 2021, https://doi.org/10.1039/D0QM00914H
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2021/qm/d0qm00914h
