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

  近日，香港科技大學、華南理工大學唐本忠院士團隊與南方醫科大學南方醫院鄭磊教授，合作報道了一種能夠在脂相及水相通過單一波長激發同時發出雙色熒光的聚集誘導發光（AIE）探針（圖1），可特異性結合至動脈粥樣斑塊，通過高分辨雙色熒光成像有效揭示其微觀病理結構。

圖1  單一波長激發雙色熒光成像示意圖。

  作者首先通過簡單的Knoevenagel縮合反應制備了熒光分子IND，該分子在THF溶液中的最大發射波長為526 nm，但在水含量為99%的THF和水的混合溶液中，最大發射波長紅移至639 nm且強度明顯增加（圖2a-d）。通過單晶結構分析發現，相鄰的兩個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），進一步通過C-H...O相互作用將“二聚體”連接在一起。該“面對面”的二聚體排列方式，表明IND分子通過形成激基締合物（excimer）導致聚集態的發光明顯紅移，同時由于聚集態的分子內運動受限，導致熒光明顯增強。

圖2 具有AIE性質的IND分子的合成路線、吸收和發射光譜以及晶體堆積結構。

  作者進一步考察了IND分子在脂相和水相中的發光行為。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出明亮的綠色熒光，而在下層水相發出明亮的紅色熒光，兩者的最大發射波長相差108 nm，表明IND分子可在單一波長激發下，在脂相和水相中發出雙色熒光。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。

  作者進一步利用IND分子染色泡沫細胞（一種常見于動脈粥樣硬化斑塊中富含脂滴的特征性病理細胞），并與傳統脂滴染料油紅O的信號進行對比，發現IND分子的熒光信號與油紅O的信號分布高度一致，表明IND分子可以特異性染色細胞內的富含脂類分子的脂滴（圖4a）。另外，作者通過雙光子激發（900 nm）的高分辨率熒光成像，發現泡沫細胞內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，并通過流式細胞分析進行了證實（圖4b-d）。

圖4. IND分子特異性染色泡沫細胞中的脂滴。

  作者進一步考察了IND分子對動脈粥樣硬化斑塊的特異性成像能力。基于脂蛋白E基因敲除(ApoE-/-)的小鼠，構建了動脈粥樣硬化的動物模型，進一步將分離得到的主動脈通過IND分子染色1分鐘后，在UV燈照射下，發現動脈粥狀斑塊的富含脂質區域發出明亮的綠色熒光，且與日光下血管內壁上白色沉積區域一致（圖5a）。進一步通過組織切片的HE染色證實了綠色熒光區域為動脈粥樣斑塊區域，表明IND可特異性染色動脈粥樣斑塊。作者進一步通過雙光子熒光顯微鏡觀察了動脈粥樣斑塊的精細結構，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區，最高深度可達400 μm（圖5b-c）。另外，在動脈粥狀斑塊周圍觀察到呈縱向波浪形平行排列的條紋結構并發出綠色熒光，結合動脈組織學分析，作者推測該綠色條紋為動脈收縮導致的輕微隆起的微脂紋區。有趣的是，在綠色微脂紋條帶間可觀察到細小晶體構成的紅色條狀熒光，與微脂紋區間隔平行排列，這可能是由于IND分子在動脈內層微皺褶內的水相中析出紅色熒光晶體所致（圖5d-e）。以上結果表明IND分子可在單一波長的雙光子激發下同時實現脂質區（綠色）/微皺褶區（紅色）的高分辨雙色熒光成像，有助于無損、原位、立體分析微觀動脈粥樣斑塊結構，克服了傳統化學染料需逐層切片染色且操作復雜的缺陷，并擁有傳統染料無可比擬的高空間分辨率的優勢。

圖5. 針對ApoE基因敲除小鼠模型的主動脈粥樣斑塊的雙色熒光成像。

  在本研究中，作者構建了一種具有AIE性質的新型熒光探針IND，具有單一波長激發雙色熒光成像的重要優勢。IND分子可在脂質中以單分子形式存在并發出明亮的綠色熒光，在水相中以“dimer”形式聚集并發出明亮的紅色熒光。這些獨特的性質使得IND分子可同時實現動脈粥樣斑塊的脂質區和微褶皺區的深層、雙色高分辨熒光成像，有助于動脈粥樣斑塊的病理研究。該成果近期發表在Materials Horizons上，文章第一作者為南方醫科大學南方醫院司徒博博士、華南理工大學的高蒙副研究員以及南方醫科大學碩士生何曉靜，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