内容提要
基于活性的近红外荧光探针检测γ-谷氨酰转肽酶(GGT)是一种很有前途的早期癌症诊断策略。本文开发了一种称为OTBP-G的GGT活化聚集体探针，用于在1040 nm激发下在各种生物环境下进行双光子荧光成像。通过合理调节亲水性和供体-受体强度，实现了OTBP-G活化前的完美暗态。酶促反应后，荧光染料在670 nm处表现出明亮的聚集诱导发光峰，实现SBR > 900的体外GGT检测。OTBP-G可以进一步通过局部喷涂的方式早期发现乳腺癌肺转移，优于临床标准的苏木精和伊红染色。通过对OTBP-G的深入研究，促进肿瘤早期诊断和肿瘤相关生理研究的发展。
结果与讨论
AIE荧光染料的表征
我们首先合成了具有典型D - A结构的NIR-II可激发aigens OTBP和ODBP。它们可以进一步与GGT触发器反应，形成分别称为OTBP-G和ODBP-G的吡啶探针。ODBP和OTBP聚集体在水介质中的吸收和光致发光(PL)。它们的PL光谱主要位于近红外光谱范围，峰值在670 nm左右。逐渐加水后，它们的PL明显增强，其中OTBP的PL增强更为显著。OTBP的PL在水分数(fw)为60%时显著增强，当fw = 70%时达到最大值。由于形成聚集体时RIM的程度较高，OTBP是一种更亮的AIEgen。OTBP比ODBP (fw > 80%)更容易形成明亮聚集体(fw > 50%)。
探针的GGT响应特性
当GGT浓度为200 U/L时，OTBP-G的近红外辐射逐渐增加。在GGT存在下，520 nm和380 nm处的吸收谱带减小，而酶反应混合物的新吸收谱带与OTBP的吸收谱带非常接近。OTBP-G的PL增强依赖于GGT浓度。与GGT孵育后，ODBP-G和OTBP-G几乎无法检测到。进一步分析表明，与GGT酶促反应后可产生OTBP或ODBP。因此，我们的两种探针对GGT都具有令人满意的反应性，而OTBP- g更好的开启性能是由于产生的OTBP亮度更高。
体外GGT成像
在ggt阳性的4T1肿瘤细胞中，采用1040 nm的激发法，评价OTBP-G和ODBP-G的turn效应。孵育30min后，由于OTBP的亮度高，OTBP- g染色的4T1细胞的PL比ODBP-G染色的细胞强得多。共定位实验表明，OTBP-G的PL信号主要定位在脂滴中。可以推断，GGT水解OTBP- g后，由于其亲脂性，生成的OTBP进入脂滴，脂滴的极性环境较小，保证了GGT传感的强PL。
器官水平的GGT成像
在300秒内OTBP-G在小鼠血管中的快速开启效应。胶原纤维的绿色SHG信号允许同时进行微环境监测。最初，血管显示微弱的本底自身荧光。然而，在静脉注射OTBP-G后60秒左右，血管造影清晰可见。在整个300秒的过程中，PL强度逐渐增加。在300s时，信背景比(SBR)达到392。PL信号在注射后30min达到峰值，SBR超过400。由于OTBP-G对GGT的高敏感性，我们利用该探针评估了各器官的GGT水平。OTBP-G喷在不同的组织切片上，可以区分不同的GGT水平。
OTBP-G原位和转移性肿瘤成像
在瘤内注射后，OTBP-G荧光可以快速开启，清晰地显示肿瘤生长部位，而在健康小鼠中，皮下注射OTBP-G后不产生可观察到的PL信号。将肿瘤组织切片后，用OTBP-G染色成像。在1040 nm双光子激发下，肿瘤切片显示亮红色荧光。相比之下，用GGsTOP预处理肿瘤切片后，荧光明显减弱，说明GGT特异性照亮了肿瘤中的OTBP-G。通过静脉注射4T1细胞建立肺转移模型。小鼠在每次转移过程中均被处死。取完整肺组织，喷涂OTBP-G进行2PF成像。OTBP-G在转移的第三天发现肺部GGT表达升高。第7天，h&e染色切片上肿瘤症状清晰可见，整个肺组织的荧光强度非常高。通过对不同时间点肺部荧光强度的统计分析，我们发现荧光强度与肺转移的进展呈正相关，可用于肺转移的分期。
总结
我们设计并合成了一种NIR-II可激发探针OTBP-G，用于GGT的灵敏检测。OTBP-G能够在复杂的生理环境中实现高质量的GGT成像。我们成功地在癌细胞(SBR > 900)和小鼠耳血管(SBR > 400)中实现了GGT的敏感检测。利用探针的高灵敏度，我们能够在小鼠乳腺癌模型中进行体内肿瘤成像和肺转移的早期诊断。经GGT激活后，释放的NIR- ii可激发的OTBP分子由于强烈的RIM效应形成聚集体并产生强烈的近红外PL信号。更重要的是，通过引入不同的触发器，OTBP可以作为可激活探针的理想平台。
参考文献
A Near-Infrared-II Excitable Pyridinium Probe with 1000-Fold ON/OFF Ratio forγ‑GlutamyltranspeptidaseandCancer Detection， HanchenShen,LidongDu,ChanghuoXu,*BingzheWang,QingqingZhou,RuquanYe,RyanT.K.Kwok,JackyW.Y.Lam,GuichuanXing,JianweiSun,TzuMingLiu,*andBenZhongTang， ACS Nano2024,18,20268−20282，https://doi.org/10.1021/acsnano.4c03963
