人工酶的催化活性通常利用温度、pH、光照等手段调控，然而由于催化剂的生物相容性、效率和稳定性等问题，在活细胞内调控人工酶催化活性仍具有挑战性。鉴于此，中国科学院化学研究所王树研究员课题组通过将含有组氨酸的多肽SGH引入季戊四醇四巯基丙酸酯（PTT），获得了具有活性氧响应性的人工酶 PTT-SGH。组氨酸中的咪唑基团通常作为酯水解酶中的活性催化位点，而巯基通过细胞内活性氧引起的氧化交联形成二硫键，在细胞中组装成为人工酶聚集体。由于癌微环境中较高的活性氧浓度，该人工酶在癌细胞中的组装尤为显著，从而催化酯水解释放荧光素，实现癌细胞的选择性荧光成像。

研究人员首先在溶液中验证了PTT-SGH对活性氧的响应。通过动态光散射和透射电镜表征发现随着过氧化氢浓度增加，PTT-SGH氧化形成组装体的粒径逐渐增大。PTT-SGH组装体具有酯水解酶的活性，可作为人工酶催化对硝基苯乙酯底物的水解，米氏常数Km为0.49 mM，表明对底物有良好的亲和性。与天然酯水解酶相比，PTT-SGH人工酶在较高温度与碱性条件下仍具有好的稳定性，维持了相对较高的酶活性。

随后，研究人员在PTT分子骨架上分别修饰了含有荧光素和二茂铁的侧链基团，通过荧光成像和细胞切片追踪两者在细胞内的动态分布，证实PTT的多巯基结构在活性氧诱导交联后形成大的聚集体，延长了在细胞内的滞留时间。研究人员以荧光素-硝基苯甲酸酯（FN）为底物，研究了PTT-SGH人工酶催化细胞内的酯水解反应。实验结果表明在高活性氧水平的A549癌细胞中，FN可在数小时内水解并释放荧光素分子，将A549和正常细胞HPF混合培养，利用两者活性氧水平的差异，实现了对A549癌细胞的选择性成像。

该工作利用细胞内活性氧水平调控人工酶的原位组装并激活催化活性，通过荧光成像可区分正常细胞和癌细胞。该方法有望拓展至活检样本的分析并应用于肿瘤部位的原位成像。

论文信息：

Selective Fluorescence Imaging of Cancer Cells Based on ROS-Triggered Intracellular Cross-linking of Artificial Enzyme, Yufei Di; Endong Zhang; Zhiwen Yang; Qi Shen; Xuancheng Fu; Gang Song; Chuanwei Zhu; Haotian Bai; Yiming Huang; Fengting Lv; Libing Liu; Shu Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202116457