利用荧光探针研究代谢物间的相互作用

生化级联事件是由刺激启动并终止于细胞响应的信号传导过程，它是生物体通过调节其内部状态而在外部环境变化中生存的重要机制。级联信号通路的故障会导致疾病发生，利用药物靶向并修复级联通路故障是一种重要的治疗策略。各种生物分子，包括基因、受体、酶和代谢产物都在级联反应中相互作用，参与信号传导。阐明这些分子之间的相互作用有助于在分子水平上了解疾病发生的机制，并有助于发现潜在药物靶点。目前有很多技术可以用来分析生化级联中的生物分子相互作用，如免疫共沉淀测定、共振能量转移测定，以及用于蛋白质-DNA相互作用的电泳迁移率变动测定法、DNase足迹测定法等。但是这些方法仅限于蛋白-蛋白间或蛋白核酸间相互作用分析，而针对代谢物之间相互作用的研究却少有报道。因此，建立代谢物之间相互作用的研究方法具有重要意义。

近年来，活性荧光成像技术的发展为研究代谢物之间相互作用提供了可能，该技术采用可激活的荧光探针，利用探针与代谢物间的特异性化学识别实现检测。由于小分子探针通常具有良好的细胞渗透性和生物相容性，且其荧光信号易通过结构修饰来调节，因此它们特别适用于在原位环境中成像检测代谢物。

近日，浙江大学药学院李新副教授与医学院梁星光博士合作，开发了利用级联探针研究代谢物间相互作用的方法。据悉，活性氧及活性碳类代谢物的稳态失衡与内皮损伤事件密切相关，但二者间是否有协同作用尚未可知。研究者靶向活性氧中的代表性物质双氧水及活性碳中的代表性物质甲醛，通过理性设计与构效优化相结合的方式，开发了一种用于研究生物体内双氧水-甲醛相互作用的小分子荧光探针HF-6。探针HF-6本身呈现极弱的荧光，只有通过H₂O₂及HCHO的级联活化，才能发出明亮的荧光。

图1. 探针级联激活响应研究

利用探针HF-6，研究者观察了氧化应激条件下细胞中甲醛的变化情况，以及内质网应激（将导致内源甲醛水平升高）条件下胞内氧化应激变化情况。结果显示，氧化应激的条件下，细胞中甲醛水平会同步升高，但在短期的内质网应激条件下，甚至短期高浓度外源甲醛刺激，胞内氧化应激水平并没有显著变化。

图2 活细胞中H₂O₂诱导的甲醛上调成像

上述结果表明探针HF-6可被用于研究细胞中双氧水-甲醛间的相互作用，而这种顺序激活的探针设计策略可被广泛用于代谢物间相互作用研究。

该工作发表于Analytical Chemistry。

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）：

Sequentially Activated Probe Design Strategy for Analyzing Metabolite Crosstalk in a Biochemical Cascade

Juan Cheng, Yong Ren, Yujie Huang, Xiaozhuan Li, Mingzhu Huang, Feng Han, Xingguang Liang*, Xin Li*

Anal. Chem., 2020, 92, 1409-1415, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04576

导师介绍

李新

https://www.x-mol.com/university/faculty/70804