【東大新聞網12月13日電】（通訊員 王睿）12月10日，國際頂級學術期刊J. Am. Chem. Soc.在線發表了東南大學生物科學與醫學工程學院/數字醫學工程全國重點實驗室梁高林教授團隊的最新研究成果。文章標題為Spatially Quantitative Imaging of Enzyme Activity in a Living Cell。該研究提出了一種通用的單細胞酶活空間定量成像新方法。作者利用該方法設計智能比率型拉曼探針來響應細胞內特定的蛋白酶，進而觸發CBT-Cys點擊反應。在此過程中，作者利用探針上氰基（C≡N）和炔基（C≡C）拉曼信號的比率型變化，實現了單個活細胞內酶活的空間定量成像分析（J. Am. Chem. Soc. 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c14190）。

酶活性在驅動細胞異質性方面起著至關重要的作用。目前酶活成像探針在細胞內停留時間過短或缺乏內參照物，導致酶活的空間定量成像難以真實展現活細胞的異質性，限制了對細胞動態行為的深度解析。基于此，梁高林教授團隊以腫瘤細胞內高表達的組織蛋白酶B（CTSB）為例，設計了一種比率型拉曼探針Val-Cit-Cys(StBu)-Pra-Gly-CBT (Yne-CBT)，對單細胞內CTSB酶活進行了空間定量成像（見下圖）。該探針包含三個關鍵部分：（1）CTSB特異性識別的多肽底物序列Val-Cit；（2）帶有氰基的CBT和StBu保護的Cys，用于CBT-Cys點擊反應；（3）含有炔丙基的甘氨酸。當Yne-CBT被細胞攝取后，在CTSB的特異性酶切下觸發CBT-Cys點擊反應，生成環狀二聚體Yne-CBT-Dimer，從而延長探針在胞內的停留時間。在Yne-CBT發生CBT-Cys點擊反應過程中，氰基被消耗，其拉曼信號隨之降低；炔基的拉曼信號不變，可作為內參。作者將氰基和炔基的拉曼信號進行比率型成像，定量檢測出活細胞內不同部位的CTSB酶活。體外實驗表明，通過殼層隔絕納米顆粒增強拉曼光譜（SHINERS）技術，20 μM 的Yne-CBT 就能夠定量檢測CTSB 酶活，檢測限 61.4 U L-1。作者還自制了微流控通道，并將Yne-CBT成功應用于單個MDA-MB-231活細胞中CTSB酶活的空間定量成像，揭示了該細胞內CTSB酶活的顯著異質性。該工作為高精度單細胞分析提供了一種簡單卻實用的工具，并為細胞異質性和酶介導的生物過程提供了一種新的成像方法。 

該論文的共同第一作者為東南大學生物科學與醫學工程學院王睿研究員和中國藥科大學理學院周磊副教授。東南大學首席教授、數字醫學工程全國重點實驗室副主任梁高林為唯一通訊作者。該工作在國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金面上項目、國家自然科學基金青年項目和江蘇省前沿引領技術基礎研究重大項目的資助下完成。

文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14190

供稿：生物科學與醫學工程學院

（責任編輯：唐瑭 審核：宋健剛）