郭子建院士团队构建了可pH调控实现本征发光和聚集诱导发光转换的荧光探针，实现了对微颗粒诱导细胞酸化的pH跟踪
细胞及细胞器的pH对维持细胞的正常生理功能具有重要意义，pH异常与诸多疾病的发生具有密切关系。利用pH比例荧光探针技术对胞内pH实时定量跟踪是相关诊疗研究的技术基础之一。2015年，南京大学郭子建和何卫江课题组利用FITC和部花菁杂合，构建了线粒体靶向的pH比例计量型分子荧光探针，实现了线粒体在凋亡、氧化应激等状态下的pH动态监测。最近该课题组基于BODIPY荧光团偶联苯并咪唑构建了数个同时具有本征发光和聚集诱导发光（AIE）能力的荧光分子，其分子本征荧光和AIE对pH的不同响应使这些探针具有pH比例计量响应能力；利用探针实现了石英诱导细胞酸化的比例定量跟踪，对矽肺的诊疗研究具有重要意义。
在BODIPY荧光母体上引入质子识别团较易实现基于PeT效应的pH荧光增强响应，但在细胞内易受探针浓度动态变化的干扰。利用BODIPY荧光团良好的生物相容性、光稳定性、量子效率等优势发展pH比例计量响应探针有助于克服这一挑战。研究通过在BODIPY荧光母体3-位引入苯并咪唑基团，构建了pH分子荧光探针BBI（图1）。
图1 化合物BBI-1/2/3的结构式。
荧光测试、动态光散射和透射电镜测试证实BBI在中性水溶液中具有本征荧光发射及聚集诱导荧光发射 (AIE)，pH下降诱导的解聚导致聚集荧光发射降低和本征发射增强，从而实现对介质pH的比例计量响应（图2）。该响应具有可逆性且不受常见胞内化学物种的干扰。研究通过苯并咪唑的取代基的改变实现了对探针pKa的调节，获得了不同pH响应范围的探针。
图2 BBI分子pH比例荧光响应机制。上：BBI质子化诱导本征荧光增强的PeT效应；下：BBI在水溶液中的聚集及质子化诱导的解聚集。红色：AIE，绿色：分子本征荧光。
石英诱导细胞酸化是矽肺发病的可能机制之一，实现该过程中细胞pH的比例定量跟踪对硅肺的诊疗研究具有重要意义。该研究进一步利用共聚焦比例成像方法在A549细胞内确定了BBI-1探针的pH线性响应校准曲线，据此定量表征了石英刺激下A549细胞内的酸化进程（图3），发现细胞酸化程度与氧化硅晶态、颗粒大小有关，而惰性的氧化钛纳米颗粒未导致细胞酸化。利用该探针和溶酶体染料共染进行的三通道动态跟踪成像证实了石英小颗粒诱发的细胞内酸化与溶酶体膜完整度之间有关联，为进一步研究石英吸入诱发疾病如矽肺的形成机制和诊疗技术提供了新启示，也为理解纳米安全性和PM2.5等的生物学效应提供了新的角度。
图3 BBI-1染色的A549细胞在PBS(a, control)和石英颗粒(50 μg/mL MUS 5，b)孵育后的共聚焦比例荧光图像。(c) 不同颗粒导致的A549细胞酸化。MUS 5, 3.5 mm晶态氧化硅; MUS 10, 4.0 mm氧化硅；ANS,10 nm无定形氧化硅；NTO, 8 nm TiO2。
该项成果近期以BODIPY-derived ratiometric fluorescent sensors: pH-regulated aggregation-induced emission and imaging application in cellular acidification triggered by crystalline silica exposure为题，在线发表于Science China Chemistry（doi:10.1007/s11426-018-9284-4)。博士生柏杨为文章第一作者，何卫江教授和郭子建教授为通讯作者。点击左下角“阅读原文”可免费下载全文。
通讯作者简介
郭子建 南京大学化学化工学院教授，中国科学院院士。1994年于意大利帕多瓦大学获得博士学位。曾在英国伦敦大学、加拿大不列颠哥伦比亚大学、英国爱丁堡大学从事研究工作。主要研究领域为生物无机化学，研究方向包括：无机药物化学、金属-生物大分子相互作用机制以及生物无机物种的荧光识别与检测。
何卫江 1991年于南京大学化学系获得学士学位，1997年于南京大学化学化工学院获得硕士学位，2001年于南京大学配位化学国家重点实验室获得博士学位。随后在德国马普胶体与界面研究所从事博士后研究。自2003年在南京大学配位化学研究所工作，现为南京大学教授。研究方向为（1）生物无机小分子的探针、成像及其化学生物学；（2）光活化金属配合物的生物学效应。