聚集诱导发光型表面诱导自组装多肽在细菌性炎症诊疗中的应用

At present, most of the clinical diagnoses of bacterial infections are indirect imaging, which visualize the infections induced by bacteria. Moreover, the existing methods can’t distinguish the type of the bacteria. The study of new tools and methods for diagnostics of pathogenic bacteria has been established by the World Health Organization as one of the top priority areas for combating antibiotic resistance. The in situ molecular self-assembly based on the pathological characteristics of diseased tissue is a new research trend in the field of supramolecular self-assembly. Our recent research has confirmed that the self-assembly of vancomycin modified self-assembling peptide can be achieved by the induction of gram-positive bacterial surface. In this proposal, we plan to synthesis a series of dual modal peptide derivatives that are more applicable for targeted visualization and treatment of bacterial infections in vivo. The peptide derivatives are designed based on the D-peptide with better in vivo stability and aggregation-induced emission (AIE) luminogens with emission in long wavelength region and capability of producing reactive oxygen species (ROS). The above design of “all in one” peptide will create a new model for theranostics of bacterial infections, providing a new method and strategy for the in situ targeted diagnosis and treatment of bacterial infections.

目前临床上细菌感染的诊断方法主要是间接炎症诊断，无法鉴别病原菌种类。加强病原学诊断新工具和新方法的研究已被确定为世卫组织抵御抗生素耐药一系列政策的优先领域之一。利用机体组织的病理特征进行分子原位自组装是超分子自组装领域的一个最新研究趋势。我们前期结果已证明修饰有万古霉素的自组装多肽能够在细菌表面诱导下实现自组装。本项目将进一步引入体内稳定性更好的D构型多肽以及兼具长波长发光和产生活性氧簇（ROS）能力的聚集诱导发光（AIE）分子，通过放射性核素碘[125]标记后最终制备更加适合体内应用的靶向诊疗多肽；探索其在体内的细菌表面诱导自组装性能，并将其应用于体内细菌感染的诊断和治疗。上述基于体内表面诱导多肽自组装的设计思路将建立细菌炎症诊疗的新模式，为细菌炎症的靶向原位诊疗提供新的方法和策略。

细菌感染原位成像分子探针能够为临床医生使用抗生素提供直接依据，这对于减少抗生素使用以及降低细菌耐药具有重要的意义。生物膜诱导小分子进行原位自组装是细菌感染原位诊疗的一种新策略。本项目结合实际临床需求，提出开发基于具有“聚集诱导发光”性质和光动力治疗功能的AIE分子的系列自组装小分子多肽，用于体内革兰氏阳性细菌感染的靶向诊断和治疗。首先，构建了以自组装短肽为骨架、AIEgen为荧光基团、万古霉素为靶向基团的革兰氏阳性细菌探针。该探针对革兰氏阳性菌的体外检测显示出很高的选择性和灵敏度（检测下限为2.4×103 CFU/mL）。对小鼠炎症模型的体内研究表明，该探针可以在1小时内检测金黄色葡萄球菌引起的小鼠肌炎，炎症抑制率可达98.2%。然后，构建了一种具有聚集诱导发光性质的AIEgen-肽偶联物TPEPy-pY，通过碱性磷酸酶（ALP）诱导探针原位自组装来开启其荧光。该探针检测不需要繁琐的洗涤（耗时约1 h），对ALP具有良好的选择性和灵敏度，检测下限为6.6×10-3 U/mL，可检测和原位成像大肠杆菌。最后，基于经典的AIEgen分子四苯乙烯（TPE），通过肽结构的变化合理设计了多组探针序列，系统研究了探针的构效关系并获得了在体外和活菌水平上具有高选择性和灵敏度的碱性磷酸酶检测探针。通过对二者之间连接体长度、核心自组装氨基酸数量、酶响应位点个数以及共组装等的研究发现，自组装肽的结构对于聚集诱导发光分子-自组装肽探针的检测能力起着决定性的作用。本项目的研究结果表明，AIEgen和自组装肽的整合代表了一种潜在高效的疾病诊断和治疗策略。AIEgen和自组装肽的构效关系研究有助于我们了解AIEgen-自组装肽分子的共轭组装过程，为设计高效的AIEgen-自组装肽共轭物提供指导，并促推进其在靶分子检测、靶向成像等生物医学领域的应用。