[发明专利]一种酶响应性自聚集发光分子及其在监测酶活性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及酶活性监测技术领域，尤其涉及一种酶响应性自聚集发光分子及其在监测酶活性中的应用。

背景技术

任何一个细胞都由动态的脂质体、蛋白质、核酸和糖类等结构功能精确可调、且结构有序的大分子和小分子构成。它们的复杂性和多样性远远超出了我们现有的认知范围。但是众所周知，细胞的状态直接反映着生物体的状态，因此人类必须要想尽各种各样的办法来认识和了解无处不在的生物体，包括我们人类自己。认识了解细胞内分子间或分子组装体间的相互作用是我们认知细胞的一种方法，这不仅有利于我们了解生命现象，同时也有利于我们更好的诊断和纠正自己。配合着快速发展的计算机模拟技术，之前的报道借助体外模型展示了多肽聚集体、纳米胶和响应型水凝胶，对我们认识和理解活细胞内的组装过程提供了非常有价值的信息。尽管如此，以上的信息，仍无法清晰地展示给我们细胞内相互作用过程。

最近，借助酶响应水凝胶，高远等人建立了一个最小的模型来研究细胞内的组装。将发色团连至水凝胶前驱体后，实现了水凝胶细胞内组装时空分布的可视化。尽管这一工作揭示了小分子在活细胞中组装的可能性，但是它仍无法帮助我们直接地认识生物化学过程，例如细胞内反应的时空可视。

细胞中很多多肽或蛋白的反应过程在生命演绎中扮演着至关重要的角色。例如近乎三分之一的细胞多肽功能都是被磷酸化和去磷酸化调节。传统的经典生物化学方法只能简单的揭示整体的细胞内磷酸化活性水平，但是无法给出磷酸蛋白活性的细节数据，更无法给出细胞内磷酸蛋白活性的任何时空信息。实际上，细胞内的多肽或蛋白酶多种多样，至今我们还没有也无法认知任何一种细胞内的酶活性水平的时空分布。

荧光显微技术或许是最适合研究细胞内分子过程的时空动力学的方法。借助传统的荧光分子和荧光显微技术，我们成功观察到很多有趣的细胞现象。但是要实现细胞内生化过程的时空观察，传统荧光分子却显示了其弊端—聚集诱导发光淬灭和光淬灭现象。例如在借助绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein，GFP）融合蛋白方法全面观察酿酒酵母中蛋白位置的过程中，常会出现蛋白的错误定位，原因就是在于大的GFP端(27kD)的存在。但由于这是发光分子固有的属性，人们不得不付出很多的努力去找到上述问题的解决办法。

2001年，唐本忠教授等报道了（Chem.Commun.2001，1740）一种与聚集诱导荧光淬灭（Aggregation caused quenching，ACQ）完全不同的光物理现象—聚集诱导发光(aggregation-induced emission，AIE)效应：一类具有螺旋桨状的分子在溶液状态下不发射荧光，而在聚集态下材料的荧光强度增强，而且聚集程度越高荧光越强。随后，很多聚集诱导发光分子及其合成技术被报道公开。聚集诱导发光分子的出现为生物成像带来了曙光。这类分子的发光是源于单个的无辐射发色团的聚集所导致的结构受限。发光强度与聚集的程度相关，相同的条件下，聚集越严重发光越强。与传统的聚集诱导淬灭分子比较，具有诱导发光分子展现了多个优点，包括高的发光效率、大的stokes位移以及抗淬灭。最重要的是，由于它们小分子的结构，使它们能够自由扩散进入细胞，而且很容易根据需要进行裁剪。因此它们是一类新颖适合于细胞时空分布观察的发光分子。

合成具有生物相容性和靶向酶响应性的聚集诱导发光分子，这类分子可分散于溶液中，并自由扩散进入细胞，这些不发光的分子在到达酶响应位点后发生反应，并诱导分子的聚集和结构的受限和荧光的发出。细胞内的酶反应过程多是可逆的，因此相应位点的酶活性水平直接影响分子的聚集，而细胞内的荧光强度直接反映出相应位点的酶活性水平。这种可同时应用于单细胞位点和酶反应过程时空监控的技术方法目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种酶响应性自聚集发光分子及其在监测酶活性中的应用，这种酶响应性自聚集发光分子在水解酶的作用下水解后会聚集诱导发光，避免了传统发光分子的聚集诱导发光淬灭和光淬灭现象，适合水解酶活性水平的长时间时空监测；而且其生物相容性强，可以自由扩散进入细胞，实现细胞内水解酶活性水平的时空监测。

本发明的技术方案包括以下内容：

在第一方面，本发明提供一种酶响应性自聚集发光分子，其由水解酶的作用底物分子连接聚集诱导发光分子构成。