靶向LC3分子的AIE探针用于细胞自噬可视化的研究

Autophagy is a key biological process in maintaining cell homeostasis, which plays an important role in all stages of tumor evolution and directly affects the therapeutic effect of tumor. However, at present, there is no simple and convenient visualization method for autophagy detection of various cell types. A key event in autophagy is the translocation of autophagy regulatory protein LC3 from the cytoplasm to the autophagy membrane, resulting in its transition from a single molecule independent form of existence to a multi-molecule aggregation. Based on the concept of aggregation-induced emission, the AIE probe targeting LC3 was designed and synthesized to study the feasibility of visualization of autophagy in primary cells, tissue sections and living animals, and the possibility of autophagy detection via flow cytometry. The changes of autophagy levels of cancer cells and immune cells in tumor microenvironment during photothermal therapy and immunotherapy were studied by using the above techniques. The successful implementation of this project will hopefully form an important breakthrough in the visualization of autophagy, and provide a new method and technology for tumor diagnosis and treatment based on molecular function visualization.

自噬是细胞维持自稳态的关键生物学过程，在肿瘤演进的各个阶段均扮演着重要角色，并直接影响肿瘤治疗效果。然而，目前缺乏简单易行的适合各种细胞类型的自噬可视化方法。细胞自噬中的一个关键事件是自噬调控蛋白LC3从细胞质中移位到自噬体膜上，导致其从单分子独立存在形式转变为多个分子聚集状态。本项目拟利用这一特点，基于聚集诱导发光理念，设计并合成靶向LC3的AIE探针，系统研究该探针在原代细胞、组织切片及活体动物中可视化检测自噬的可行性以及实现自噬流式检测的可能性，并应用上述技术研究肿瘤微环境中癌细胞和免疫细胞在光热治疗和免疫治疗过程中的自噬水平变化以及对疗效的影响。本项目的顺利实施将有望在自噬可视化方面形成重要突破，为基于分子功能可视化的肿瘤诊疗研究提供新的方法和技术。

自噬是细胞维持自稳态的关键生物学过程，与多种重大疾病息息相关。自噬研究目前缺乏适合各类细胞类型的简单易行的自噬可视化方法。自噬的一个关键环节是调控蛋白LC3从细胞质中移位到自噬体膜上，导致其从单分子独立存在形式转变为多分子聚集状态。本项目基于这一特点，并充分应用聚集诱导发光(AIE)原理，设计合成了由穿膜肽、LC3特异结合肽以及AIE分子三部分组成的自噬检测探针LIPK-TPE。研究表明，LIPK-TPE能在多种细胞中敏锐指示出细胞内自噬的发生，其荧光的点状聚集变化与GFP-LC3蛋白的聚集行为一致。此外，LIPK-TPE可以在流式细胞仪上开展自噬水平的比较，也可以在活体动物中进行可视化研究。此外，我们初步探讨了AIE探针在肿瘤治疗中的作用，利用LIPK-TPE发现光热治疗后细胞的自噬水平显著增高，在多种免疫细胞中利用LIPK-TPE探针也验证了在免疫刺激前后免疫细胞的自噬水平变化与其功能密切相关。本项目为细胞自噬可视化提供了一种简单易行的方法，为基于分子功能可视化的肿瘤诊疗提供了新的方法和技术，使得肿瘤治疗过程中的疗效变得可视化。