近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所復(fù)雜分子體系反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究組研究員韓克利團(tuán)隊(duì)基于氨基甲酸酯母核的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，設(shè)計(jì)并發(fā)展了小分子抑制劑型熒光探針（SMI-probe），在重要的藥物代謝酶羧酸酯酶（Carboxylesterases，CEs）的實(shí)時(shí)熒光高分辨檢測(cè)中取得了良好的應(yīng)用效果。由于抑制劑型探針?lè)肿覰IC-4的分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，且具有針對(duì)CEs的超分辨響應(yīng)靈敏度，因此在細(xì)胞原位檢測(cè)中能夠獲得更加真實(shí)的成像效果，為亞細(xì)胞器層面的酶標(biāo)記提供了新的設(shè)計(jì)思路與成功范例。
大連化物所提出利用小分子熒光抑制劑實(shí)現(xiàn)酶高分辨成像的新方法
羧酸酯酶CEs是一類重要的水解酶，在外源性藥物代謝過(guò)程中，其負(fù)責(zé)催化的酯水解過(guò)程，是包括伊立替康等在內(nèi)的抗癌藥物起效的關(guān)鍵激活步驟。此外，CEs在維持內(nèi)源性脂質(zhì)和糖代謝穩(wěn)定中發(fā)揮著十分重要的作用。對(duì)CEs的原位實(shí)時(shí)熒光標(biāo)記，是實(shí)現(xiàn)糖/脂代謝平衡深入理論研究及抗腫瘤藥物應(yīng)用效果監(jiān)測(cè)的實(shí)踐基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的免疫熒光標(biāo)記策略能夠標(biāo)記CE，但該方法操作復(fù)雜，依靠免疫級(jí)聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的信號(hào)放大對(duì)所應(yīng)用的抗體質(zhì)量有非常高的要求，標(biāo)記抗體結(jié)構(gòu)過(guò)大會(huì)導(dǎo)致成像失真，且只能用于固定細(xì)胞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在體成像。
利用熒光核偶聯(lián)識(shí)別基團(tuán)是超分辨探針設(shè)計(jì)的一大策略，目前已有納米顆粒（Nanobodies），適體（Aptamers）熒光標(biāo)記等策略?；谳p便且具有高選擇性標(biāo)記的超分辨熒光探針的應(yīng)用需求，韓克利團(tuán)隊(duì)在被標(biāo)記蛋白配體屬性的結(jié)構(gòu)功能研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)分析與挖掘，發(fā)現(xiàn)氨基甲酸酯類化合物在羧酸酯酶催化識(shí)別上具有顯著的分型特點(diǎn)，即具有R1-NH-CO-R2型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的氨基甲酸酯類化合物趨向于成為可被羧酸酯酶催化代謝的底物，而R1-NR2-CO-R3型則易成為羧酸酯酶的抑制劑化合物?；诖?，團(tuán)隊(duì)選擇結(jié)構(gòu)較小的熒光基團(tuán)萘酰亞胺，將抑制劑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與熒光母核進(jìn)行直接連接，設(shè)計(jì)得到小分子抑制劑型熒光探針NIC-4，通過(guò)理論計(jì)算確認(rèn)，其抑制性質(zhì)來(lái)源于酰胺鍵中較大空間位阻的取代基對(duì)酶活性中心絲氨酸親核進(jìn)攻過(guò)程的阻礙。進(jìn)一步通過(guò)抑制屬性檢測(cè)、熒光屬性標(biāo)定、標(biāo)記選擇性驗(yàn)證等，團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了探針小分子的優(yōu)良體外屬性，并在細(xì)胞層面對(duì)亞細(xì)胞器的實(shí)時(shí)熒光標(biāo)記表現(xiàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示，設(shè)計(jì)得到的超分辨熒光探針小分子不僅在標(biāo)記選擇性上優(yōu)于免疫熒光方法，也具有良好的細(xì)胞耐受性（低細(xì)胞毒）、高檢測(cè)靈敏度、熒光穩(wěn)定性等，應(yīng)用其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的細(xì)胞動(dòng)態(tài)效應(yīng)觀測(cè)，具有顯著優(yōu)勢(shì)。
相關(guān)成果以“Directional Modified Fluorophores for Super Resolution Imaging of Target Enzymes: A Case study with Carboxylesterases”為題，發(fā)表在《藥物化學(xué)》（Journal of Medicinal Chemistry）雜志上。該工作的第一作者是大連化物所賈燕助理研究員和北京大學(xué)深圳醫(yī)院博士后王家悅。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、博士后面上基金等項(xiàng)目的資助。
