来源：Biomaterials杂志
细胞内的细胞器并不是独立存在的，而是相互之间有着物质传递和信息交流，例如脂滴和溶酶体之间的相互作用在细胞代谢过程中发挥了重要的作用。脂滴中的成分能够被溶酶体降解，称为“脂噬”，是“自噬”的一种。有研究证明脂滴与溶酶体之间的相互作用与很多炎症及相关代谢疾病有着莫大的关系。虽然已经有报道利用荧光蛋白研究脂滴-溶酶体之间的相互作用，但是存在操作复杂等问题，利用性能优良的荧光纳米探针做相关研究的报道很少。华南理工大学唐本忠院士团队赵祖金教授课题组设计了一种对细胞内极性敏感的新型红光聚集诱导发光（AIE）分子，并制备了具有高的光稳定性及良好生物兼容性的荧光纳米探针。研究表明该探针在高极性的溶酶体和低极性的脂滴中分别呈现红光和蓝光发射，通过监测荧光信号的变化，发现该探针可以通过内吞途径进入溶酶体，接着逃逸到脂滴，最后又回到溶酶体的代谢过程，并且能够清楚观察到酯滴的分裂过程，为研究脂滴-溶酶体相互作用甚至相关疾病的机理提供了一种新思路。
图1TPA-BTTDONPs进入细胞及在细胞内代谢的示意图。
该新型红光AIE分子的结构如图1中所示（TPA-BTTDO），主要由吸电子的氧化并二噻吩及给电子的三苯胺组成，其在高极性环境下会存在强的分子内电荷转移（TICT）效应。为了增加该荧光分子在水中的分散性，利用共沉淀法以DSPE-PEG为包覆基质制备了粒径为50nm左右的纳米探针。通过研究纳米探针在不同pH环境下的粒径及光谱变化，发现该纳米探针具有良好的稳定性。通过细胞成像实验研究不同时间段该纳米探针在细胞内的分布发现（图2），该探针最开始分布在溶酶体中（2h），并且细胞内吞实验证明探针进入细胞是一个网格蛋白介导的细胞内吞过程。4h后，该探针逐渐在脂滴中富集，说明此时已从溶酶体中逃逸。随着培养时间的增加，溶酶体中的探针信号不断降低，而脂滴中不断增加，最终达到一个平衡，说明探针能够同时定位在细胞内的溶酶体和脂滴。若用油酸诱导HeLa细胞产生大量脂滴后，探针则全部分布在脂滴中，说明该探针更倾向于富集在脂滴中。
图2HeLa细胞与TPA-BTTDONPs分别作用2(A),4(B),12(C)和24h(D)的CLSM图,并与脂滴染料BODIPY和溶酶体染料Lysotracker共定位。
更有趣的是，通过研究探针在溶酶体和脂滴的发光行为，发现其具有双发射模式，即在溶酶体中发射红光而在脂滴中发射蓝光（图3）。这主要是因为探针分子的D-A结构使其对细胞内极性比较敏感，在高极性的溶酶体和低极性的脂滴中表现出“溶剂化”效应。研究不同极性溶剂中探针的荧光光谱，发现其在高极性溶剂中主要发红色荧光，随着极性降低其发光不断蓝移，进一步地证明极性是影响探针在细胞内发光行为的主要原因。而脂滴中的成分复杂，也是导致探针在脂滴中发射蓝移到nm的另一个原因。该探针这种“变色龙”式的行为，能够用于研究脂滴-溶酶体之间的相互作用。
图3（A）TPA-BTTDONPs发射蓝色荧光时与BODIPY的共定位分析及（B）在细胞内的光谱。（C）TPA-BTTDONPs呈红色荧光时与溶酶体染料Lysotracker的共定位情况及（D）在细胞内的光谱。
基于探针在细胞内的“变色”行为，我们通过监测荧光颜色的变化，追踪探针在脂滴中的代谢行为。为了降低来自溶酶体中探针信号的干扰，用油酸诱导HeLa细胞，使探针全部富集在脂滴中。从图4中可以看出，第一天在细胞内可以检测到明亮的蓝色荧光，说明此时探针确实分布在脂滴中。48h后，红色荧光逐步呈现，并且随着时间的推移，红色荧光明显增加，96h后细胞内几乎检测不到蓝色荧光，全部转变成红色荧光。分别通过与线粒体染料Mitotracker和溶酶体染料Lysotracker共定位分析发现，红色荧光分布在溶酶体中，说明通过溶酶体逃逸富集在脂滴中的探针最后通过脂滴代谢再次回到了溶酶体中。
图4TPA-BTTDONPs在细胞内的代谢过程。(A)HeLa细胞与TPA-BTTDONPs作用后四天内细胞内荧光颜色的变化。HeLa细胞与TPA-BTTDONPs作用后第四天分别与(B)溶酶体染料Lysotracker及(C)线粒体染料Mitotracker共定位情况。
以上结果表明该类基于新型红色AIE分子制备的荧光纳米探针具有特殊的发光行为，利用其在细胞内不同极性环境中的“变色”现象，高灵敏地示踪了细胞内脂滴-溶酶体相互作用，为研究相关生理过程及疾病机制提供了一种新思路。
论文第一作者为华南理工大学博士后胡蓉和博士生陈斌，华南理工大学赵祖金教授，中国地质大学娄筱叮教授和香港科技大学唐本忠教授为该文章的共同通讯作者。
参考文献：
RongHu#,BinChen#,ZhimingWang,AnjunQin,ZujinZhao*,XiaodingLou*,BenZhongTang*.Intriguing“chameleon”fluorescentbioprobesforthevisualizationoflipiddroplet-lysosomeinterplay.Biomaterials,:43-51.
来源：Biomaterials杂志
声明：凡本平台注明“来源：XXX”的文/图等稿件，本平台转载出于传递更多信息及方便产业探讨之目的，并不意味着本平台赞同其观点或证实其内容的真实性，文章内容仅供参考。
我们的微博：高分子科学前沿，欢迎和我们互动。
添加主编为好友（，请备注：名字-单位-职称-研究方向），邀请您加入学术圈、企业界、硕博联盟、北美、欧洲、塑料、橡塑弹性体、纤维、涂层黏合剂、油墨、凝胶、生物医用高分子、高分子合成、膜材料、石墨烯、纳米材料、表征技术、车用高分子、发泡、聚酰亚胺等一系列技术交流群。同时可以在菜单中回复“交流群”，获取群目录。
添加小编
