分享一篇最近发表在 Chemical Science上的文章，本文的题目是“A modular scaffold for cellularly-retained fluorogenic probes for sensitive cell-resolved bioactivity imaging”。本文的核心是作者们开发了一种名为“可捕获绿色荧光团”（Trappable Green, TraG）的新型模块化荧光探针平台，解决了活细胞成像中荧光产物易泄漏、信号难以长期保留的难题。本文的通讯作者是来自德国德累斯顿工业大学的 Oliver Thorn-Seshold。

在活细胞中对酶活性等生化过程进行灵敏、定量的成像，是生命科学研究的关键挑战之一。荧光探针（本身不发光，仅在特定生化反应后产生荧光）对于研究特定生理状态的动态变化具有重要意义。然而，现有探针面临一个普遍问题：为进入细胞而设计的膜通透性探针，其激活后产生的荧光产物也容易穿过细胞膜泄漏出去，或通过主动运输被排出细胞。这导致信号迅速衰减，无法在单个细胞水平进行精确的长期观测，也限制了检测低周转率生化过程的灵敏度。现有的信号滞留策略，如使荧光产物形成细胞毒性沉淀或使其具有生物烷基化能力，都会干扰细胞的正常生理状态。

为了解决这些问题，作者希望开发一种能满足所有理想特性的通用探针设计。他们基于罗丹明醇（rhodol）荧光团骨架，通过在其酚羟基上引入可被特定生化反应切除的“掩蔽”基团来构建探针。未激活时，探针处于螺环化状态，几乎无荧光；激活后，荧光团“打开”，发出明亮荧光。创新的关键在于其“捕获”机制：探针分子设计同时包含一个碱性胺基（如哌嗪）和一个被掩蔽的羧酸盐基团（如乙酰氧甲基酯）。探针凭借适中的极性可高效进入细胞。在细胞内，羧酸盐基团被酶解“去掩蔽”后，与碱性胺基形成两性离子结构，这种电荷平衡使得激活后的荧光产物（H-TraG）能够有效地被“捕获”在细胞内，而不再轻易泄漏。

作者通过系统优化，最终确定的 TraG 探针平台表现出色：它具有良好的水溶性、高荧光信噪比（激活后亮度增强约170倍）、快速的细胞摄取能力，以及优异的信号滞留性（在不同细胞系中洗涤后信号可保持数小时）。更重要的是，该平台具有高度的模块化特性。作者展示了 TraG 平台可灵活应用于不同靶点：除了用于检测谷胱甘肽（GSH）的原型探针，他们还成功开发了用于检测过氧化氢（H₂O₂）的 HP-TraG 探针，以及用于特异性检测哺乳动物硫氧还蛋白还原酶（TrxR）活性的 TR-TraG 探针。特别是 TR-TraG，与之前基于荧光沉淀的探针 RX1 相比，它在低浓度下即可产生线性信号，灵敏度更高，且对细胞无毒性，处理后的细胞能保持健康并继续分裂，而 RX1 则导致细胞死亡。总之，这项工作开发了一种新型的、模块化的荧光探针通用平台，成功实现了荧光产物在活细胞内的灵敏检测与长期滞留，为细胞分辨率下的生物活性长期成像和低周转率过程的定量研究提供了强大工具。

本文作者：LZH

责任编辑：LYC

DOI：10.1039/d5sc05388a

原文链接：https://doi.org/10.1039/d5sc05388a