《Microchemical Journal》：Lysosomal membrane viscosity detection via a hydrophobic anchoring strategy
编辑推荐：
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基于D-π-A转子设计的粘度敏感探针OPQ-8C。
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监测活细胞中溶酶体膜粘度的变化。
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基于D-π-A转子设计的粘度敏感探针OPQ-8C。
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监测活细胞中溶酶体膜粘度的变化。
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通过疏水驱动和膜锚定作用靶向溶酶体膜。
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具有pH independency（不受pH值影响）、近红外发射和优异的光稳定性。
引言
溶酶体是真核细胞中的关键酸性细胞器，不仅执行细胞内大分子降解的核心功能，还广泛参与复杂的生理过程，包括细胞信号传导、免疫反应、质膜修复、胆固醇稳态以及凋亡的启动[1] [2] [3]。溶酶体的正常功能在很大程度上依赖于其腔内和膜微环境的精确调节[4]。其中，粘度作为关键的物理化学参数，显著影响溶酶体的物质运输、膜通透性、酶活性、信号转导、生物分子相互作用以及代谢物的扩散[5] [6] [7] [8]。越来越多的证据表明，溶酶体粘度的异常波动与多种重大疾病的发病机制和进展密切相关，如溶酶体贮积症、神经退行性疾病、动脉粥样硬化、炎症反应以及肿瘤侵袭和转移[9] [10] [11] [12]。因此，对活细胞中溶酶体粘度的精确监测不仅有助于阐明潜在的病理机制，还为促进早期诊断和评估靶向治疗的效果提供了重要的科学基础。
由于溶酶体腔内的酸性微环境，传统的溶酶体探针通常利用pH激活的质子化作用在酸性细胞器中选择性地积累[13] [14] [15]。尽管这种策略能够实现溶酶体的特异性定位，但这些探针仍存在几个固有的缺点：（i）质子化效率高度依赖于腔内的酸性；当溶酶体pH升高时，靶向能力下降且荧光信号减弱，使得长期稳定跟踪变得困难[16] [17]；（ii）探针在腔内的长期积累会导致“碱化效应”，人为破坏溶酶体的酸平衡，从而干扰正常的细胞生理功能[18] [19]；（iii）大多数这些探针的光稳定性较差，斯托克斯位移较小[20] [21]；（iv）更严重的是，由于它们局限于酸性腔内且缺乏膜锚定，其荧光信号无法直接反映膜粘度的变化，而膜粘度是评估溶酶体膜完整性、胆固醇富集和脂质重塑动态的关键参数[22] [23] [24]。基于溶酶体相关膜蛋白的荧光标记策略可以实现特定的膜标记，但其应用受到表达特异性差、操作程序复杂以及蛋白质过表达可能对膜结构完整性造成干扰的限制[25] [26]。总之，开发一种新型荧光探针，使其具备粘度响应性、高溶酶体膜特异性、pH独立性和优异的光稳定性，仍是该领域的一个关键挑战。
已有研究表明，靶向膜的探针通常具有疏水尾部，如长链烷基，这些尾部通过疏水相互作用驱动它们从水相介质分配到脂质双层中[27] [28] [29]。一旦嵌入膜中，这些探针通过非共价相互作用（包括氢键和范德华力）进一步增强膜的亲和力和保留稳定性[30] [31]。需要澄清的是，长链烷基本身并不具有细胞器靶向能力；它们的主要作用是将探针锚定在膜内。然而，不同细胞器的膜在脂质组成、胆固醇含量、曲率和流动性方面存在显著差异，这赋予每种生物膜独特的物理化学微环境，导致疏水探针对不同膜的亲和力各不相同[32] [33] [34] [35]。因此，通过合理调整烷基链的长度和荧光结合 core 的结构，可以调节探针与各种细胞器膜之间的疏水作用强度，从而实现针对特定细胞器（如质膜、线粒体和内质网）的特异靶向。将这一策略扩展到溶酶体膜，有望开发出能够高选择性标记溶酶体膜的新型探针，从而为研究溶酶体相关功能提供强有力的工具。
在这项工作中，我们开发了一种具有供体-π-受体（D-π-A）骨架的分子转子探针（图1）。基于扭曲的分子内电荷转移（TICT）机制，其荧光强度对粘度变化非常敏感。通过结合疏水驱动和膜锚定来替代传统的pH激活质子化策略，该探针实现了对溶酶体膜的特异性靶向，并能够准确报告溶酶体膜内的微妙粘度波动。此外，该探针具有较大的斯托克斯位移、近红外发射和优异的光稳定性。总体而言，这种合理的设计策略为研究溶酶体膜粘度及其在生理和病理过程中的调节功能提供了强大的工具。
部分摘录
OPQ-8C、OPQ-10C和OPQ-12C的制备
先后向圆底烧瓶中加入4-甲基喹啉（0.172克，1.2毫摩尔）和碘代烷（n=8/10/12）（1.2毫摩尔），并在100°C下搅拌10小时。使用薄层色谱硅胶板监测反应进程。当反应物完全消耗后，加入4-(1-吡咯烷基)苯甲醛（0.175克，1毫摩尔）和200微升哌啶，以乙醇（8毫升）作为溶剂，在95°C下继续搅拌。
探针设计及合成
具有D-π-A结构的荧光分子转子是一种已建立的用于构建粘度敏感探针的策略[36] [37] [38]。先前的研究表明，供体电子密度、供体-受体连接方式及π-共轭程度共同决定了TICT过程和分子转子的激发态旋转能垒，进而影响其粘度敏感性。特别是富含电子的氨基苯供体...
结论
总之，本工作中开发的粘度敏感荧光探针OPQ-8C通过结合疏水驱动力和膜锚定的协同设计，实现了高度特异性的溶酶体膜靶向和敏感的膜粘度检测。除了膜锚定功能外，OPQ-8C还具有pH不依赖性、近红外发射和出色的光稳定性。得益于TICT机制，该探针的灵敏度提高了225倍...
CRediT作者贡献声明
郝秋华：撰写 – 原初稿、软件、方法学、研究、数据分析、概念化。 孙本腾：可视化、软件、数据分析。 于小强：撰写 – 审稿与编辑、资源准备。 孙敬志：撰写 – 审稿与编辑、资源准备、资助申请。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文所报道的工作。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（项目编号52350002）和浙江省重点引导项目（项目编号2025C02061）的资助。
郝秋华|孙本腾|于小强|孙敬志
