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基于氧杂蒽化合物设计双修饰荧光骨架及其生物成像应用认领

被引量： 2

作者：

王娅娅

学位授予单位：

兰州大学

摘要：

随着荧光成像技术的发展,荧光分子探针因具有时空分辨率高,特异性好,灵敏度高,无损、原位检测等优点,而被广泛应用于各种生物标志物的检测,成为生物分析领域中至关重要的成像工具。近年来,越来越多的双响应型荧光分子探针被设计开发,用于研究生物分子信号通路,分子间相互作用以及疾病的精准诊断。本论文以氧杂蒽化合物为基础荧光骨架,合成了三种具有双修饰位点的新型荧光团,并将其用于双响应荧光探针的构建,研究了不同生物模型中生物分子信号通路以及细胞死亡过程中溶酶体的形态变化。具体工作内容如下:（1）乙酰氨基己糖苷酶是一种外切糖苷酶,参与水解生物体中糖缀合物非还原端。乙酰氨基己糖苷酶活性在许多遗传性神经退行性疾病、癌症、肾脏功能损伤疾病中显著变化,因此建立一种检测生物体内乙酰氨基己糖苷酶活性变化的荧光探针对其生理作用的研究非常重要。我们基于氧杂蒽化合物Dy OH开发了一种能快速、灵敏检测乙酰氨基己糖苷酶的荧光探针Hex-1。由于探针的水溶性好、斯托克斯位移大、生物毒性小,Hex-1被成功应用于生物体内源性乙酰氨基己糖苷酶分布的定位成像以及药物诱导肾损伤模型中乙酰氨基己糖苷酶水平波动的监测。（2）构建一种具有多个修饰位点的荧光骨架对双响应型荧光探针的设计至关重要。基于Dy OH发展了三种新型荧光骨架POH,QOH,AOH,分子内的氮原子和羟基在不同p H条件下能够快速发生质子化和去质子化,赋予了荧光团不同的光学性质,成为潜在的可修饰位点。以荧光团QOH为例,在碱性条件下,QOH在560 nm处发射强烈的荧光;在酸性条件下,QOH的发射波长红移至720nm,斯托克斯位移为120 nm。通过密度泛函理论研究了氮原子和羟基上引入不同性质取代基对QOH光学性质的影响。（3）基于荧光团QOH的氮原子和羟基分别合成了检测H2O2和H2S的荧光探针QM-R和Q-SH。QM-R中强吸电子基团（季胺盐）增强了分子内推-拉电子效应,使其在720 nm处发射强烈的近红外荧光。QM-R与H2O2响应后,季胺盐的消失削弱了分子内电荷转移,引起荧光发射波长的显著蓝移,实现了H2O2的比率检测。Q-SH分子内的2,4-二硝基苯基具有强吸电子能力,导致分子内发生光致电子转移效应,猝灭了荧光信号。H2S水解Q-SH中的识别基团,释放出荧光团QOH,引起560 nm处荧光的显著增强,实现了H2S的“Turn-on”检测。基于以上荧光信号变化,QM-R/Q-SH实现了细胞外源性和内源性H2O2/H2S水平变化的成像检测。（4）H2S作为一种典型的气体信号分子,参与各种生理、病理过程。H2S的还原性在抵御氧化应激中发挥着至关重要的作用,因此建立一种能特异性检测氧化应激中H2S水平变化的荧光探针,对H2S信号通路的研究非常有意义。基于QOH成功合成了能够顺序响应H2O2和H2S的荧光探针QM-RSH,该探针自身具有近红外荧光发射。QM-RSH与H2O2响应会引起荧光信号的猝灭,继续加入H2S后,QM-RSH在560 nm处出现新的荧光发射,实现了H2S高选择性、高灵敏度的检测。基于此“on-off-on”的信号变化,QM-RSH特异性检测了Hep G2细胞氧化应激模型和斑马鱼炎症模型中H2S水平的波动。（5）细胞死亡在身体发育、维持组织功能和内稳态中发挥着重要作用,不同类型的细胞死亡会引起各种生理反应,例如缓慢性心律失常、免疫反应等。因此建立一种能区分细胞死亡类型的荧光分子探针对病理学的研究至关重要。基于吡啶基荧光团POH成功构建了荧光受p H激活、检测乙酰氨基己糖苷酶的探针PNE-Lyso。PNE-Lyso在体外对p H的响应非常灵敏、快速,能够可逆检测体系中p H变化。在模拟溶酶体（p H=5.5）环境下,PNE-Lyso可以对乙酰氨基己糖苷酶进行比率荧光检测。由于吡啶氮原子的嗜酸性,PNE-Lyso可以特异性的靶向溶酶体。通过示踪溶酶体形态变化,PNE-Lyso成功区分了凋亡细胞和坏死细胞,研究了药物引起细胞死亡的生理过程。

摘要译文

关键词：

双修饰荧光团; 荧光分子探针; 乙酰氨基己糖苷酶; 过氧化氢; 硫化氢; 氧化应激; 细胞死亡; 荧光成像

学位年度：

2022

学位类型：

博士

学科专业：

化学·分析化学

导师：

张海霞

中图分类号：

O657.3[光化学分析法（光谱分析法）⑨];Q503[生物化学技术]

学科分类号：

070302[分析化学];070306[化学生物学];081704[应用化学];081706[分子化工];071005[生物化学与分子生物学]

D O I：

10.27204/d.cnki.glzhu.2022.000005