检测细胞及活体内二肽基肽酶IV活性的近红外荧光探针

代谢酶生理生化功能变化的有效监测是疾病早期诊断和及时干预治疗的强有力工具。近年来，疾病相关的代谢酶功能水平快速分析及可视化方法的建立越来越受到国内外学者的关注与重视。然而，疾病过程中机体各代谢环节的复杂变化无疑加剧了具体代谢酶的体内真实功能水平实时监测和可视化的难度。

近日，大连医科大学的马骁驰（点击查看介绍）团队设计并合成了一种可于体内外监测二肽基肽酶IV（Dipeptidyl peptidase IV, DPP IV）酶活水平的高特异性近红外荧光探针GP-DM。基于GP-DM，他们实现了组织匀浆、细胞、斑马鱼和荷瘤小鼠体内肿瘤中DPP IV的实时监测和成像。

DPP IV是具有多肽水解功能的跨膜糖蛋白，可介导末端修饰脯氨酸或丙氨酸的多肽的N-端二肽的水解。在人体中，DPP IV主要负责包括胰高血糖素样多肽、葡萄糖依赖的促胰岛素多肽在内的多种生物多肽的水解。因此，DPP IV在体内葡萄糖的代谢平衡中发挥着举足轻重的作用。此外，近年来许多研究结果已证实，肿瘤中DPP IV表达失调的功能水平与肿瘤的增殖和侵袭存在密切关系。DPP IV功能水平的定量检测和可视化方法的构建，对于DPP IV功能失调相关疾病的诊断和治疗具有重要意义。近年来，DPP IV的检测方法时有报道，其中基于酶活性的荧光探针检测方法的构建更是由于其突出的灵敏性、快捷性、可视化等特点受到广泛的关注。然而，由于生物体系中DPP IV同工酶较多，底物重叠现象严重，目前已研发的DPP IV荧光探针在酶的选择性上往往不尽如人意。其次，生物机体中存在着众多具有自发性荧光的干扰物质，进一步限制了已有DPP IV荧光探针的体内应用。

针对以上问题，马骁驰团队基于DPP IV的底物偏好性和近红外荧光母体可有效削弱自身荧光干扰的特点，成功设计合成了可用于DPP IV体内成像的高特异性近红外荧光探针GP-DM。他们通过酰胺反应将DPP IV底物特异性识别基团甘氨酸-脯氨酸与具有大Stokes位移的荧光团相连，实现了DPP IV特异性的OFF-ON型荧光检测。

后期研究证实，GP-DM对DPP IV表现出超高的灵敏性和选择性，与DPP VIII和成纤维细胞激活蛋白等DPP IV同功酶的选择性相比均高于十倍。由于GP-DM具有高灵敏、高选择、低生物基质干扰等特性，可用于人血浆、组织样本和细胞中DPP IV功能水平的快速检测。借助GP-DM，该课题组成功分析了糖尿病患者和正常志愿者血浆中DPP IV的功能水平，并发现糖尿病患者血浆中DPP IV的活性为0.87 pmol/min/mg protein，显著高于正常志愿者血浆中的酶活性（0.47 pmol/min/mg protein）。糖尿病患者体内DPP IV水平的显著变化表明GP-DM可作为DPP IV相关疾病的诊断工具，并且可以对糖尿病患者治疗时DPP IV抑制剂个体化用药方案的制定给予指导。此外，GP-DM还成功应用于斑马鱼体内成像，首次揭示了斑马鱼生长发育过程中DPP IV的分布和功能变化。不仅如此，借助GP-DM，他们成功实现了荷瘤小鼠皮下瘤中DPP IV的可视化，更加突显出GP-DM作为可视化DPP IV的工具分子在影像导航下肿瘤切除术中的潜在应用性。

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是博士研究生刘涛和宁静博士，通讯作者为大连医科大学的青年教师冯磊博士和马骁驰教授。

该论文作者为：Tao Liu, Jing Ning, Bo Wang, Bin Dong, Song Li, Xiangge Tian, Zhenlong Yu, Yulin Peng, Chao Wang, Xinyu Zhao, Xiaokui Huo, Chengpeng Sun, Jingnan Cui, Lei Feng, Xiaochi Ma

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Activatable Near-Infrared Fluorescent Probe for Dipeptidyl Peptidase IV and Its Bioimaging Applications in Living Cells and Animals

Anal. Chem., 2018, 90, 3965, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b04957

马骁驰教授简介

马骁驰，大连医科大学中西医结合研究院/药学院教授，天然药物化学博士，博士生导师；现任大连医科大学中西医结合研究院实验室副主任；在中药化学、中药代谢以及中西医结合研究领域以第一或通讯作者身份发表SCI论文100余篇，第一作者15篇、通讯作者55篇，其中IF>10的2篇、IF>5的22篇，总引用1200余次，两篇入选ESI高被引论文；主持2016年国家自然科学基金优秀青年科学基金，入选辽宁省特聘教授、省百人层次、高校优秀人才计划；获教育部科技进步二等奖1项（第一完成人），辽宁省科技进步二等奖2项（第一完成人），辽宁省优秀学术成果二、三等奖各1项，辽宁省青年科技奖，大连市杰出青年，大连市优秀专家。

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