生物活性物質精準識別與靶向治療研究獲進展

2020-10-26 中科院之聲

近日，中國科學院上海藥物研究所研究員李佳團隊與華東理工大學教授賀曉鵬團隊，在生物活性物種的精準檢測與靶向治療等生物醫學應用領域取得階段性研究進展。相關研究成果相繼在線發表在《化學科學》（Chemical Science）、《配位化學評論》（Coordination Chemistry Reviews）、《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）。

生物體內各種各樣的內源性活性物質（離子、酶和蛋白質等）在生命體內具有重要的生理功能。當發生病理性改變時，體內生理平衡被打破，活性物種的表達和生理分布隨即發生變化。因此，探索生物活性物質的異常產生、生理分布與生物功能，對相關疾病的診斷與治療十分重要。當前，利用螢光探針體系可視化監測各類活性物質已成為化學和生物學等交叉學科的熱點研究領域之一。

半乳糖苷酶（β-galactosidase,β-Gal）是一類可以特異性作用半乳糖苷鍵的水解酶，在細胞衰老過程以及原發性卵巢癌發生時異常高表達，可作為這兩種生理病理過程發生時的生物標誌物。目前，針對Gal的檢測主要集中在揭示目標酶是否存在及其活性檢測，對不同生理過程中胞內時空分布定位卻鮮有涉及。

圖1.NpG@HSA的構建策略及其在卵巢癌細胞與衰老細胞體系的β-Gal檢測與超高分辨成像

研究基於前期開發的蛋白質雜交策略（Chemical Science, 2020, 11, 1107-1113），將酶切型光致變色糖基探針NpG與白蛋白HSA通過主-客體自組裝的方式構建螢光複合探針NpG@HSA。β-Gal可將NpG@HSA的半乳糖基團裂解，釋放螢光，從而實現對β-Gal的檢測。藉助NpG@HSA，研究團隊實現對卵巢癌與正常細胞以及衰老細胞與正常細胞中β-Gal的活性的有效檢測與區分，有望轉化成β-Gal螢光檢測試劑盒產品。得益於反應後產物NpM@HSA具備的優異光切換特性，利用STORM超高分辨成像技術，研究團隊進一步實現不同生理病理情況下β-Gal的胞內精準定位，相比於寬場螢光顯微鏡圖像，超高分辨圖像具有更高的成像解析度，達74 nm（圖1）。NpG@HSA為胞內活性組分的超高分辨定位提供新的思路與化學工具（Journal of the American Chemical Society, 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c05379）。

過氧亞硝酸鹽（Peroxynitrite，ONOO-）是由超氧陰離子自由基和一氧化氮自由基形成的具有高活性的活性氮物種，是許多體內循環途徑的信號傳導分子。研究表明，過氧亞硝酸鹽被認為是包括炎症、癌症和神經退行性疾病等疾病的關鍵致病因子與生物標誌物。因此，靈敏、特異性地檢測過氧亞硝酸鹽並根據檢測結果精準釋藥對疾病的早期診斷與治療預後具有重要意義。

圖2.基於Pinkment的螢光探針（Probe 1-6）與螢光前藥分子（Probe 7、8）結構式及其在細胞水平過氧亞硝酸鹽檢測與藥物釋放以及體內成像的示意圖

研究人員基於Pinkment螢光團母核結構，設計合成6種螢光探針（Probe 1-6），均實現對胞內ONOO-的外源性、內源性的靈敏檢測，其中，Probe 6可實現對小鼠急性炎症模型中ONOO-異常表達時的靈敏檢測。研究團隊基於此開發出針對ONOO-的螢光前藥分子Probe 7與Probe 8。其中，基於Indomethacin的螢光前藥分子Probe 8可實現對ONOO-的檢測，且可根據ONOO-的異常表達實現藥物釋放，緩解炎症症狀，實現診療一體化（圖2）。未來，科研團隊希望基於Pinkment的合成平臺可用於其他雙重生物活性分子檢測、亞細胞器靶向與生物診療前藥探針的開發研究中（Chemical Science, 2020, 11, 8567-8571）。

基於合作團隊前期在新型螢光探針用於生物標誌物檢測領域的研究工作，近日，科研團隊撰寫題為Fluorescent probes for the imaging of lipid droplets in live cells的研究綜述文章（Coordination Chemistry Reviews, 2021, 427, 213577）。

上述研究工作主要在上海藥物所研究員李佳，華東理工大學教授賀曉鵬、副教授張雋佶，以及英國巴斯大學教授Tony D. James的指導下，由華東理工大學博士韓海浩（上海藥物所及華東理工大學聯培生）、博士柴先志、博士研究生田賀，英國巴斯大學博士Maria Weber，以及美國德克薩斯大學奧斯汀分校博士Adam C. Sedgwick等協作完成。研究得到中科院院士、華東理工大學教授田禾，美國德克薩斯大學奧斯汀分校教授Jonathan Sessler等的指導與支持。相關同步輻射測試與超高分辨成像測試，得到上海光源BL19U2線站與蛋白質科學研究（上海）設施的支持。研究工作得到國家自然科學基金重大研究計劃、優秀青年科學基金，上海市科技重大專項、上海市國際合作與交流項目等的資助。

來源：中國科學院上海藥物研究所

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