研究进展：生物正交策略为生物学提供了一个化学标记的平台，能够在其天然环境中用高度精炼的合成荧光团对多种生物分子进行特异性标记。阻碍其在各种高级成像应用中的主要挑战是来自未结合或非特异性结合的合成荧光团标记后的荧光背景，并通过生物正交荧光标记方案得以解决，同时表现出荧光增加。虽然现在有大量高度精炼的合成荧光团家族，但将它们整合到生物正交荧光方案中仍需大量的设计工作和定制的结构改变，以优化每个特定荧光团支架的淬火机制。此外，通过结合具有独特正交反应性特征的基元来扩大荧光生物正交转化的光谱是非常可取的，以增强同时探测多个目标细胞的荧光成像范围（即多路成像）。解决方案：基于大环葫芦[7]uril（CB7）在先进成像的应用，作者设计了一种超分子客体交换策略。CB7-FL先通过宿主-客体识别与互补的客体共轭暗猝灭剂g1-Qs（对二甲二胺：XYL）络合来抑制报告探针的荧光，猝灭后的络合物和与具有特定生物靶标共价连接的高亲和客体g2（1-金刚胺：ADA）标记的生物分子孵育，再诱导客体发生交换反应，选择性地产生仅与特定的生物分子结合的荧光活性报告复合物（CB7-FL·g2），并激活CB7-FL的荧光（图1）。作者利用胺NHS酯反应将ADA与免疫标记后的抗体（ADA-ab）偶联，并将其靶向小鼠胚胎成纤维细胞（MEF）中的微管。MEF细胞用淬灭的CB7-FL•XYL-Q探针孵育并成像，无需洗涤便可显示出MEF细胞微管中的高对比度染色，而仅用CB7-FL处理后微管结构几乎不可见。为评估主-客体荧光探针在复杂组织样品标记和成像中的适用性，作者使用该探针标记黑腹果蝇胸肌中的肌动蛋白丝以及对肌动蛋白结构进行了3D成像（图2）得以验证。通过对（ADA）修饰的海藻糖类似物（Tre-ADA）对菌膜进行代谢结合特异性靶向和标记，结果显示该探针无需洗涤即可对分枝杆菌进行荧光成像（图3）。基于CB7-TAMRA•XYL-BHQ2的非共价荧光探针，并将其与基于四嗪的生物荧光探针结合，实现了对黑腹果蝇活体肠组织的微管和肌动蛋白双色荧光成像。![]()
图1：XYL和ADA荧光标记生物靶标的客体交换反应示意图。
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图2：使用基于宿主-客体的荧光成像策略观察到重复带状的肌动蛋白分布示意图。
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图3：使用CB7-TAMRA•XYL-BHQ2和四嗪荧光探针对固定细胞和活组织中的微管和肌动蛋白进行多路荧光成像示意图。
结论：综上，作者提出了一种基于CB7主客体相互作用的超分子客体交换策略，用于生成高效的生物正交荧光探针。在活细胞和组织切片的生物复杂性中，作者展示了不同目标分子的无需洗涤的荧光成像。作者还验证了超分子荧光成像策略与代谢标记技术协同的能力，使生物体内代谢标记的生物分子的荧光可视化成为可能。最后，作者证明了该策略可以与代谢标记相结合，在无需洗涤条件下对代谢标记的分枝杆菌进行荧光检测，并与共价可点击探针配对，在细胞和组织中进行高对比度超分辨率和多路成像。参考文献：Agasti S S. et al. Supramolecular Guest Exchange in Cucurbit[7]uril for
Bioorthogonal Fluorogenic Imaging across the Visible Spectrum. ACS Cent Sci.2024, DOI: 10.1021/acscentsci.4c01080.
