分享一篇2019年发表在Angew. Chem.上的文章，题目是“SCOTfluors: Small, Conjugatable, Orthogonal, and Tunable Fluorophores for In Vivo Imaging of Cell Metabolism”。文章的通讯作者为爱丁堡大学的炎症研究中心的Marc Vendrell教授。

代谢物是重要的生物化学成分，其转运和定位调控着大多数生物功能。尽管荧光成像技术在标记生物分子方面取得了进展，但对活细胞和完整生物体中的小代谢物进行成像的方法却很少。大多数代谢物都不包含允许直接显色的基团，需要用外源性的荧光团修饰。然而，红色和近红外荧光团荧光标记物会损害细胞内代谢物运输的庞大结构。基于此问题，作者提出了一种使用小型多色荧光团直接成像活细胞和体内必需代谢物的新策略。

图1 SCOTfluors 的一般合成程序、结构和光谱特性

3硝基苯并二恶唑 (NBD) 体积小且呈中性，这些特性有助于标记生物分子。然而，NBD 与其他绿色荧光分子不兼容，并且在体内应用中的应用受到限制。为了解决这些问题，作者在文章中报告了一组名为 SCOTfluors 的荧光探针，其发射覆盖了整个可见光谱。

首先，作者研究了 SCOTfluors 的光学特性，并将它们与NBD 进行了比较（图 1）。除三唑类化合物外，其他化合物都显示出比 NBD 更长的发射波长、长斯托克斯位移、溶剂致变色特性和良好的光稳定性。在 SCOTfluors 中，Se和C桥接衍生物分别显示红色和近红外发射，作者推测这可能是由于 HOMO-LUMO 间隙减少导致的荧光发射红移。

图2 （A）NIR-荧光神经酰胺8（B）8在 PBS（黑色）和磷脂酰胆碱/胆固醇 (7:1) 脂质体（红色）中的排放（C）A549 细胞在15分钟（共定位=白色箭头）和3 小时（共定位=黄色箭头）。使用 ImageJ 确定总共定位系数(R)。

然后，作者研究了SCOTfluors 在生理条件下对必需代谢物进行成像的特性。鞘脂是调节细胞代谢的细胞膜的关键成分，其在细胞内的定位对于了解代谢紊乱至关重要。作者使用神经酰胺8（图 2 A），通过与内质网和溶酶体标记物共染色来监测其细胞内定位。光谱分析证实了8独立于鞘氨醇碱基，因此可适用于几种类型的生物脂（图 2 C）。作者使用荧光共聚焦显微镜实时可视化了人类 A549 细胞中神经酰胺8的回收。

图3 用9处理的GLUT4-EGFP HeLa 细胞的荧光图像。（A-F）HeLa 细胞图像（G）BFP（蓝色）、GFP（绿色）和9（红色）的荧光发射光谱（H）GLUT4-EGFP HeLa 细胞中9的胰岛素依赖性摄取（I）化合物6-NEt 2和9的化学结构（J）向卵黄囊注射6-NEt 2或9后斑马鱼胚胎头部的体内图像。

接着，作者还研究了SCOTfluors 用于对具有高代谢活性的体内组织进行成像。通过将硝基苯并硒二唑6与2-脱氧葡萄糖胺结合，合成了化合物9（图 3 I）作为体内相容的葡萄糖类似物。研究显示化合物9能够使用蓝色和绿色荧光蛋白（图 3 A-F）进行多重成像，值得注意的是，9的摄取因与过量葡萄糖存在竞争而被阻止，用胰岛素预处理 HeLa 细胞后增加（图 3 D-H)。结果证实化合物9是 GLUT4 的功能性底物，并且能够在生理条件下对葡萄糖摄取及其转运蛋白进行双重跟踪。最后，作者还在斑马鱼胚胎体内测试了化合物9 ，结果表明在发育中的大脑区域（图3 J）中存在鲜红色荧光染色。总之，化合物9可用于对体内葡萄糖摄取进行成像，并对整个生物体中的葡萄糖转运进行非侵入性研究。

综上，作者开发了 SCOTfluors 作为覆盖整个可见光谱的小型荧光团，并验证了SCOTfluors 对活细胞和体内不同小代谢物的实时和原位成像。SCOTfluors的开发为基本代谢物的非侵入性生物成像的研究提供了依据。

原文链接：https://doi.org/10.1002/ange.201900465