科學家揭示螢光團缺電子性在近紅外螢光探針識別機制中的作用

2020-10-23 中科院之聲

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員韓克利、樸海龍與深圳晶泰科技有限公司（XtalPi）的科研團隊合作，發現穀胱甘肽轉移酶（GST）螢光探針分子的整體識別性能受控於傳統意義上的識別基團，且與螢光團的缺電子性相關。

GST是一種重要的II期解毒酶，通過催化穀胱甘肽（GSH）親核進攻並加合到目標物的親電中心，增加其親水性以便於運輸和排出細胞外，從而達到解毒目的。相比於正常組織和細胞，GST在多種癌症中的過表達，成為重要的多藥抗性癌症標記物。近紅外螢光探針具有高穿透性、低背景螢光、便於活體成像等優點，因而更具實用價值；然而，文獻中對檢測GST的該類探針鮮有報導。

研究人員在前期工作（Research，2020）的基礎上，以保持系列識別基團不變為前提，通過引入帶正電荷的近紅外菁類螢光團HCy以替換先前的雙光子螢光團NI，發現HCy系列探針均比相應的NI系列探針具有更強的非酶促和酶促反應性。從實驗和理論計算兩個層面，對該研究及相關文獻中的反應動力學結果進行分析推理論證，研究人員發現，上述現象源於螢光團更強的缺電子性而非親水性，由此導致HCy系列探針中兼具高靈敏度和低背景反應噪音的實用探針為識別基團親電性更弱的HCy2（對位取代基為三氟甲基）和HCy9（對位為氫原子），這與對位取代基為氰基的NI3形成對比，打破已有研究中科研人員對氰基的固有依賴。在該現象的「信號放大」效應下，識別基團之間反應性差異導致的其對不同亞型同工酶的選擇性區別得以顯現，該結論得到分子對接模擬結果的印證。研究人員進一步通過細胞、組織及模式小鼠活體成像的結果，驗證HCy2和HCy9檢測GST的實用性。此外，儘管學界普遍認為不易通過光致電子轉移（PET）調控近紅外探針的螢光傳感，該研究通過超快光譜和量化計算，證明HCy系列探針的傳感機理的確是PET，且識別基團的親電性也會影響螢光傳感效率。該研究為螢光探針的整體設計觀提供啟示和借鑑。

相關研究成果發表在《化學科學》（Chemical Science）上，研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃等的資助。

圖.螢光團缺電子性在近紅外螢光探針識別機制中的作用

來源：中國科學院大連化學物理研究所

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