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用于细菌感染中多自由基成分同时检测的花菁荧光探针

病原微生物诱导免疫细胞产生的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)自由基在感染介导的病理发展过程,及其引发的内在生物体抵抗效应方面起到重要作用。其中,活性氧(O2•-OH, H2O2)和活性氮(NO, ONOO)自由基分别来源于细胞内NADPH氧化酶、线粒体呼吸链,和一氧化氮合酶(NOS)体系,广泛参与了感染相关的炎症反应,免疫激活等信号通路。


当前研究细菌感染和活性自由基异常变化的常规技术,主要依靠组织学或生化测试等终点分析方法(end-point analysis, EPA),这些手段在实时监测自由基动态与感染病理演变之间的关联性上存在局限,而且不足以做到感染疾病的准确诊断以及为早期治疗干预提供依据。因此,开发更加简单、有效的自由基实时检测方法是十分必要的。


近年来荧光成像技术用于在体外、体内检测自由基表现出很好的特异性和灵敏度,并在阐释细菌感染伴随的自由基应激机制方面卓有成效。但是,目前还鲜有多自由基同时响应的荧光探针分子,并用于感染病理机制与不同自由基(RONS)之间的实质关系剖析。


对此,来自于新加坡南洋理工大学数理学院化学与生物化学系的邢本刚教授(点击查看介绍)课题组,近日报道了一种双波长多重信号响应的花菁二联体荧光小分子探针(HCy5-Cy7),可以实现不同类型活性自由基的实时示踪、检测,并用于在体外和活体细菌感染模型中同时监测ROS和RNS的动态变化。


该小分子探针在细菌感染过程中有两种不同的信号响应模式,当炎症相关的ROS(O2•-OH)过量产生,可以将HCy5-Cy7的还原型花菁部分(HCy5)氧化成共轭的Cy5,特异性地在660 nm处发出荧光。而RNS(如ONOO-)的产生则会降解Cy7结构,从而导致800 nm处的荧光消失。这种独特的多光谱、趋势相反的信号响应使得HCy5-Cy7能够同时、低干扰地研究RONS动态变化,并且可以将自由基促使的氧化/硝化应激与细菌感染的致病机制以及宿主细胞应答等关联起来。此外,在进一步的体外及体内细菌感染的检测中,此多重响应探针小分子验证了不同革兰阳性、阴性细菌感染状态下的RONS演化动态差异,以及不同感染阶段多自由基的变化趋势。


简而言之,这项工作为探索细菌感染发病机理、宿主炎症防御应答及其与多自由基应激之间的内在联系提供了新的视角,将有可能应用于以影像学为指导的微生物感染疾病的诊断及治疗研究。


该文章发表于Angew. Chem. Int. Ed.,第一作者是南洋理工大学博士研究生王志敏Thang Do Cong。通讯作者为南洋理工大学邢本刚教授。该项研究工作得到了新加坡南洋理工大学、教育部(MOE)、科研发展局(A*star)和国家自然科学基金等项目的支持。


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):

Cyanine-Dyad Molecular Probe for Simultaneous Profiling of Multiple Radical Species Evolution in Bacterial Infection

Zhimin Wang+, Thang Do Cong+, Wenbin Zhong, Jun Wei Lau, Germain Kwek, Mary B. Chan-Park and Bengang Xing*

Angew. Chem. Int. Ed.2021, DOI: 10.1002/anie.202104100


导师介绍

邢本刚

http://personal.ntu.edu.sg/bengang 

https://www.x-mol.com/university/faculty/4461 


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