《ACS Omega》：Design and Evaluation of Quinoline-derived Fluorophores for Labeling Amyloid Beta 1–42 in Alzheimer’s Disease
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本文针对阿尔茨海默病（AD）早期诊断难题，设计并评估了四种喹啉衍生荧光探针（2QnCN、3QnCN、3QnB、4QnBB），重点研究其与β-淀粉样蛋白（Aβ1–42）的相互作用。通过光物理性质分析、理论计算及分子对接，发现3QnCN具有最优的摩尔消光系数、量子产率及结合亲和力（ΔG=–11.9 kcal/mol），其聚集诱导发光（AIE）特性与Aβ纤维结合后荧光显著增强。细胞实验证实3QnCN可特异性标记PC12细胞中Aβ聚集体，且低毒性（>80%细胞存活率），为AD早期诊断提供了新型分子影像工具。
研究背景与意义
阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）是一种进行性神经退行性疾病，其病理特征包括β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积形成的老年斑、神经纤维缠结（NFTs）及神经炎症。Aβ1–42作为AD的关键生物标志物，在疾病早期即可形成聚集体，但现有诊断技术如正电子发射断层扫描（PET）成本高且操作复杂。荧光成像技术因其高灵敏度、低成本和非侵入性优势，成为AD早期诊断的研究热点。然而，传统荧光探针存在聚集导致淬灭（ACQ）问题，而聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）分子在聚集状态下荧光增强，更适用于Aβ聚集体检测。
喹啉衍生物的设计与合成
研究团队合成了四种喹啉衍生化合物：2QnCN、3QnCN、3QnB和4QnBB。其中，3QnCN采用给体-π-桥-受体（D-π-A）结构，以喹啉为电子受体，氰基（–CN）为强拉电子基团，增强分子内电荷转移（ICT）效率。合成路线涉及Knoevenagel缩合、Wittig反应等经典方法，产物经核磁共振（NMR）、质谱（MS）和红外光谱（IR）确证结构。
光物理性质与理论计算
紫外-可见吸收光谱显示，3QnCN的最大吸收波长为378 nm，摩尔消光系数达2.2×104M–1cm–1，高于其他衍生物。其荧光发射峰位于439 nm，斯托克斯位移较小（61 cm–1），表明非辐射能量损失低。量子产率（Φ=0.02）虽偏低，但符合此类探针的特性。密度泛函理论（DFT）计算表明，3QnCN的HOMO-LUMO电子密度分布于整个共轭骨架，ICT过程连续高效；而含苯并恶唑片段的3QnB和4QnBB因电子离域中断，荧光性能较弱。
分子对接与靶向机制
以Aβ1–42五聚体（PDB: 2BEG）为靶点进行分子对接，3QnCN结合能最低（–11.9 kcal/mol），主要通过π-π堆积、π-烷基相互作用与Phe17、Phe19、Val40等残基结合。4QnBB虽结合能相近，但苯并恶唑片段破坏ICT，影响荧光稳定性。
细胞水平验证
MTT法显示3QnCN在≤50 μM浓度下对PC12细胞无显著毒性（存活率>83%）。激光共聚焦显微镜观察发现，3QnCN（50 μM）与Aβ1–42共孵育1–24小时后，可在细胞核周围呈现绿色荧光信号，标记效率达98%，且细胞形态正常。而阳性对照硫黄素T（ThT）虽标记速度快，但引起细胞形态异常。荧光光谱实验进一步证实，3QnCN与Aβ1–42结合后发射峰红移126 nm，强度显著增强。
ADME与毒性预测
SwissADME预测显示，3QnCN违反Lipinski五规则中的Log P值，但体外实验证实其在水性环境中稳定性良好。ProTox-II毒性评估表明，3QnCN属于4类毒性（LD50=1000 mg/kg），无致癌性和细胞毒性，但存在免疫毒性和致突变风险。尽管多数衍生物难以穿透血脑屏障（BBB），但类似探针（如CRANAD-3）的研究表明，可通过优化剂型实现体内成像。
结论与展望
3QnCN凭借其AIE特性、高结合亲和力、低细胞毒性和特异性标记能力，成为靶向Aβ1–42的优选荧光探针。未来研究可聚焦于探针的体内分布、代谢途径优化及与多模态成像技术结合，推动AD早期诊断工具的临床转化。
