一种基于Staurosporine的荧光探针，具有AIE（自体诱导荧光）和光诱导的Z-E异构化特性，可用于溶酶体靶向成像及抗癌活性研究

《Dyes and Pigments》：A Staurosporine-Derived Fluorescent Probe with AIE and Photoinduced Z- E Isomerization for Lysosome-Targeted Imaging and Anticancer Activity

新型AIE探针STPF通过修饰staurosporine骨架实现光响应荧光与溶酶体靶向，兼具抗癌活性（IC50 0.6266 μM/0.2109 μM）。

　　

作者：闫冰凯、徐冰、王霞、苏学静、刘世杰、谢丽君、徐文坦

单位：福建省泉州市晋江市医院（上海第六人民医院福建分院）药学部，邮编362200，中国

摘要

我们通过构建供体-受体系统对番红花素的骨架进行修饰，成功开发出一种新型的AIEgen荧光探针STPF。作为一种基于番红花素的荧光探针，STPF在固态下表现出聚集诱导发光（AIE）现象，在溶液中则发生光诱导的Z-E光异构化反应。在二甲基亚砜（DMSO）中的光物理研究表明，STPF具有三个吸收峰（约350、380和410纳米），其发射峰从510纳米红移至584纳米，且具有较大的斯托克斯位移。固态下的量子产率为6.85%。在光照条件下，STPF-B会经历Z-E异构化反应生成STPF-A。这种转变表现出波长依赖的动态平衡特性，并导致溶液中STPF-B的荧光强度降低。共聚焦成像实验显示STPF在MCF-7和NCI-N87细胞中具有选择性的溶酶体成像能力。细胞毒性实验表明，STPF-B的抗癌活性更强（IC₅₀分别为0.6266 μM和0.2109 μM），优于STPF-A。这些发现表明STPF是一种多功能探针，结合了光响应荧光、溶酶体靶向性和潜在的治疗应用价值。

引言

荧光探针因其无创成像能力、高灵敏度和时空分辨率而在生命科学中得到广泛应用[1, 2, 3, 4]。它们被广泛用于监测细胞pH值[5, 6]、金属离子[7, 8]、酶活性[9, 10]和活性氧[11]，从而推动了疾病诊断和细胞功能研究的进展[12, 13]。然而，传统荧光探针通常受到较小的斯托克斯位移、较差的光稳定性和聚集引起的荧光淬灭（ACQ）的限制，这限制了它们在复杂生物环境中的性能[14]。近年来，聚集诱导发光（AIE）作为一种有前景的策略应运而生[15, 16, 17]。AIE荧光团在稀溶液中通常荧光较弱或无荧光，但在聚集状态下由于分子内旋转（RIR）受到抑制，非辐射衰减减少，从而具有较高的发光能力。这一特性使得AIE荧光探针在固态或聚集状态下仍能有效发挥作用，使其适用于需要克服ACQ问题的生物成像和传感应用[18, 19]。

番红花素作为一种著名的蛋白激酶抑制剂，因其生物活性和结构适应性而受到关注，常被用于诊断探针的设计。通过将其与荧光团或靶向基团结合，已经开发出多种番红花素衍生的荧光探针。例如，Alexander等人[20]将番红花素与荧光素通过聚乙二醇连接剂连接，用于探测ATP结合位点；Yao等人[21]将番红花素与苯甲酮荧光团通过琥珀酸-炔烃连接剂连接，制备出荧光激酶探针STS-1，实现了对HepG2肝癌细胞的有效摄取和选择性靶向，同时不影响其激酶抑制作用；Hirozane团队[22]则将BODIPY荧光团连接到番红花素的4'-甲基胺位置。在我们研究的早期阶段，我们将旋转结构引入罗非考昔骨架，赋予其荧光和AIE功能，从而开发出一系列基于罗非考昔的AIE荧光探针。番红花素作为链霉菌的代谢产物，含有吲哚咔bazole核心，通过引入吸电子基团（EWG）可以构建D-A体系。在此，我们提出将这种集成策略应用于番红花素的侧链，旨在在保留其生物活性的同时，使其类似物具备双态荧光特性和诊断/治疗功能。

在之前的研究中，我们从番红花素衍生出了荧光探针ST02、ST03和STW1[23, 24]。在本研究中，我们报道了STPF（3-[2-氰基-2-(3-(三氟甲基)苯基)]-乙烯基-番红花素的合理设计与评价。STPF在聚集状态下荧光强度增强了5.2倍，表现出典型的AIE特性。其较大的斯托克斯位移（224纳米）有效降低了激发背景的干扰。有趣的是，在365纳米光照射下，STPF会从STPF-B异构化为STPF-A，伴随荧光行为的变化。细胞实验表明STPF保留了大部分来自番红花素骨架的生物活性，在细胞内有效发光，并具有潜在的溶酶体定位能力，表明STPF是一种具有诊断和治疗潜力的荧光探针[25, 26, 28]。

分子设计与合成

目标化合物STPF的合成路线如图1所示。首先在二氯甲烷（120 mL）中，使用TiCl₄（1.6 mL）和二氯甲基甲醚（15 mmol）在-15°C下对番红花素（2.4 g，5.0 mmol）进行甲酰化反应，随后升温至25°C得到中间体STO（NMR和HRMS数据见图S1-S3）[23, 24]。该中间体（100 mg，0.20 mmol）随后与取代的苯乙腈衍生物（2.0 mmol）在乙醇（5 mL）中通过Knoevenagel缩合反应生成

结论

总体而言，我们在保持吲哚咔bazole骨架不变的前提下，对其侧链进行了修饰，开发出了基于番红花素的AIE荧光探针STPF。其聚集状态下的荧光量子产率是分散状态下的5.7倍。有趣的是，在光照条件下，STPF在其Z-（STPF-B）和E-（STPF-A）异构体之间发生可逆的、波长依赖的光异构化反应。细胞实验表明，STPF具有优异的溶酶体特异性

作者贡献声明

徐文坦：撰写、审稿与编辑、项目管理。 刘世杰：实验研究。 苏学静：数据整理。 王霞：撰写、审稿与编辑、软件处理、数据分析。 徐冰：初稿撰写。 闫冰凯：初稿撰写、实验研究。 谢丽君：项目监督、方法设计、资金申请、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知利益冲突或个人关系。

致谢

本工作得到了福建省科技厅的支持（项目编号2024R1043）。