生物体系内的动态组装行为是众多生物学效应的分子基础，但是分子组装过程的短暂性和复杂的动态学使得对该过程的理解十分困难。目前的成像技术不能有效地示踪细胞内分子组装过程，而对这些实时的成像信息与其对应的生物学效应之间联系的理解十分重要。

鉴于此，德国马克斯-普朗克高分子研究所Tanja Weil教授和David Ng博士团队科研人员首次利用相量-荧光寿命成像技术（Phasor - FLIM）以及光电联用显微技术（CLEM）对活细胞内人工超分子组装体的形成进行了实时监测，通过对组装体形成的时间、空间维度的研究揭露了纳米超分子结构的形成导致的时间对应的细胞代谢异常。该生物学效应源于细胞内超分子自组装引起的内吞体代谢异常，从而显著降低了细胞对葡萄糖的摄取能力，对线粒体呼吸功能产生显著影响。以上研究工作近期发表在JACS上，马克斯-普朗克高分子研究所博士生任勇为文章第一作者，Tanja Weil教授和David Ng博士为文章的通讯作者。

图1. 细胞内超分子多肽组装过程Phasor-FLIM 成像及其对应生物效应示意图

要点：

利用相量-荧光寿命成像技术（Phasor- FLIM）对超分子多肽组装体在细胞内形成的全过程进行了实时成像。区分于传统的荧光强度/波长为基础的成像，通过灵敏检测多肽组装过程中引起荧光基团荧光寿命的变化，从时间和空间上解析出多肽单体、组装中间体、成熟组装体在细胞内的分布，由此对应其生物学效应。

图2. 细胞内超分子多肽组装过程Phasor-FLIM成像以及组装体的CLEM/Tomography成像

利用光电联用显微技术（CLEM）和断层扫描（Tomography）成像技术对细胞内多肽组装体的形貌、空间分布、3-D结构进行精准表征，发现在细胞内的超分子组装与细胞内吞体融合，形成了具有绿色荧光，内部具有空腔结构，外部被纳米纤维包围的纳米组装体，该组装体的形成与细胞代谢异常有着密切的联系。基于此，作者考察了超分子组装对细胞内吞体相关代谢通路的影响，发现该组装体与细胞内吞体融合，干扰了细胞内吞体的代谢，显著地降低了细胞对葡萄糖的摄取能力，从而导致了线粒体呼吸功能异常，进而引起了细胞凋亡。

参考文献：

Yong Ren. et al. Supramolecular Assembly in Live Cells Mapped by Real-Time Phasor-Fluorescence Lifetime Imaging. Journal of the American Chemical Society. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c01279

https://doi.org/10.1021/jacs.4c01279

来源：高分子科学前沿

马普所JACS：实时相量-荧光寿命成像技术解析活细胞内超分子多肽自组装