来自大自然的生物相容性 AIEgens— 唐本忠院士课题组 Chem Sci

近日，香港科技大学 唐本忠 院士团队在英国皇家化学会旗舰期刊 Chemical Science 上发表前沿论文 (Edge Article)，报道了一种具有聚集诱导发光（AIE）特性的天然产物（黄连素），该分子在结构上不同于传统 AIE 分子——没有转子部分（rotor-free）——通过单晶结构分析和光学性质、粘度和主客体相互作用研究表明，分子内振动和分子内扭转电荷转移是该分子具有 AIE 效应的原因。同时，黄连素分子具有水溶性和生物相容性，可以特异性地靶向标记细胞和活体组织中的脂滴，表明了天然产物作为 AIE 探针的巨大潜力。

香港科技大学唐本忠院士课题组博士研究生 顾渊 和博士后 赵征 为本文的共同第一作者。 

• Exploration of biocompatible AIEgens from natural resources
  Yuan Gu, Zheng Zhao, Ben Zhong Tang* et al.
  Chem. Sci., 2018, Advance Article

• http://dx.doi.org/10.1039/C8SC01635F

研究背景

聚集诱导发光（aggregation-induced emission, AIE）概念由唐本忠院士课题组于 2001 年首次提出（详细介绍可查看文末相关阅读），基于此原理已经设计合成了大量的 AIE 荧光生色团（AIEgens），并在生物成像、化学传感器和光电子学领域进行了大量应用。

但目前报道的 AIEgens 几乎都是通过有机合成制得，虽然这些人工发光剂具有多样性和颜色可调性，但复杂的合成过程、高成本、环境有害和不可降解等缺点，限制了此类化合物的实际应用。此外，考虑到生物研究通常在水介质中进行，水溶性AIEgens 具有得天独厚的优势。因此，探索可以大规模获取的、有生物相容性、水溶性和可降解 AIEgens 的新来源极为重要。

本篇论文

黄连素的 AIE 特性及机理

黄连素分子是一种从草药中提取的天然异喹啉生物碱，具有给体-受体（donor–acceptor）结构，可溶于水而且易于购得。作者们通过研究该分子在纯水以及纯水/四氢呋喃混合液中的光致发光行为以及动态光散射（DLS）分析，不同状态的光致发光量子产率（PLQYs）、发射寿命以及其辐射和非辐射衰变过程等，证实了黄连素具有 AIE 特性。。

作者们还考察了黄连素在活体细胞成像中的应用。黄连素大致位于细胞的脂滴（LDs）中，用油酸对 Hela 细胞进行处理使其中产生大量的中性磷脂，将黄连素加入Hela 细胞培养。从下图可以发现，黄连素会选择性地对 LDs 进行染色。为了进一步地证明黄连素的特异性，作者们还利用商品化的 MeOTTMN 染料进行了对照试验。优秀的重叠率（皮尔逊相关系数：0.99）也证明了黄连素优越的选择性。

磷脂液滴与肝组织活体成像

作者们还考察了黄连素在活体细胞成像中的应用。黄连素大致位于细胞的脂滴（LDs）中，用油酸对 Hela 细胞进行处理使其中产生大量的中性磷脂，将黄连素加入Hela 细胞培养。从下图可以发现，黄连素会选择性地对 LDs 进行染色。为了进一步地证明黄连素的特异性，作者们还利用商品化的 MeOTTMN 染料进行了对照试验。优秀的重叠率（皮尔逊相关系数：0.99）也证明了黄连素优越的选择性。

值得注意的是，黄连素也能够对其他类型细胞中的脂滴进行选择性染色，例如 A549 细胞和 MCF-10A 细胞，皮尔逊相关系数分别为 0.89 和 0.90。表明黄连素将来可以作为特异性标记脂滴的荧光探针。对小鼠活体肝脏切片同样使用黄连素进行染色，细胞脂滴同样产生了强的绿色荧光（皮尔逊相关系数 0.94）。黄连素有望作为细胞和组织切片中脂滴成像的标记物，成为疾病诊断的有用工具。

小结

本文作者介绍了一种从草药中提取的天然产物—黄连素—可以作为新颖的无转子 AIEgen。与其他报道的 AIEgen 相比，黄连素具有水溶性、生物相容性、无需合成等优点。作为荧光探针，黄连素能够选择性地靶向标记细胞和活体肝组织中的脂滴，表明其在细胞和组织成像中的潜在价值。本文更为获取相较于人工发光剂更加优越的天然 AIEgens 提供了新的来源。

本篇论文入选 ChemSci Pick of the Week。（http://www.rsc.org/news-events/journals-highlights/2018/jul/shining-a-light-on-liver-disease/）

通讯作者简介

唐本忠 中国科学院院士

香港科技大学

教授、博士生导师

唐本忠，中国科学院院士，香港科技大学张鉴泉理学教授、化学系与生物医学工程系讲座教授，华南理工大学-香港科技大学联合研究院院长。1957 年出生于湖北省潜江市；1982 年于华南理工大学获学士学位，1985 年、1988 年先后获日本京都大学硕士、博士学位；曾在多伦多大学从事博士后研究工作。1994 年加盟香港科技大学，2009 年增选为中国科学院院士，2013 年入选英国皇家化学会 Fellow，2015 年在华南理工大学人体组织功能重建国家工程技术研究中心支持下获批香港分中心，并任主任一职。现为科技部 973 计划项目首席科学家、国家自然科学基金基础科学研究中心项目负责人、广东省引进创新科研团队带头人、华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室学术委员会主任，以及中国化学会和英国皇家化学会联合期刊 Materials Chemistry Frontiers 主编。

唐本忠院士主要从事高分子化学和光电功能材料研究，在聚集诱导发光 (Aggregation -Induced Emission, AIE) 这一化学和材料前沿领域取得了原创性和引领性的研究成果。作为 AIE 概念的提出者和研究的引领者，唐本忠教授累计发表学术论文约 1000 篇，引用 68000 余次，h-指数为 126，并于 2014-2017 年连续入选化学和材料双领域高被引用科学家。

同时，唐本忠教授先后获得多项荣誉及奖励，如国家自然科学一等奖（2017，第一完成人）、何梁何利科学与技术进步奖（2017）、第 27 届夸瑞兹密国际科学奖（2014）、美国化学会高分子学术报告奖（2012）、国家自然科学二等奖（2007，第四完成人）、裘槎高级研究成就奖（2007）、中国化学会高分子基础研究王葆仁奖（2007）和爱思唯尔出版社冯新德聚合物奖（2007）等。（转化医学网360zhyx.com）