Angew | 华东师范大学崔晓燕团队开发了一种可替代罗丹明的用于谷胱甘肽的体内定量可逆荧光探针
时间：2022-12-26 21:00:57 热度：37.1℃ 作者：网络
定量测定细胞和生物体内的谷胱甘肽(GSH)对了解氧化应激在各种生理病理过程中的机制具有重要意义。然而，荧光生物成像在活组织中的定量比“培养皿”在平板中培养的细胞有更严格的要求。
2022年12月23日，华东师范大学崔晓燕团队在Angewandte Chemie-International Edition（IF=17）在线发表题为“A Substituted-Rhodamine-Based Reversible Fluorescent Probe for In Vivo Quantification of Glutathione ”的研究论文，该研究开发了一种可替代罗丹明的用于谷胱甘肽的体内定量可逆荧光探针。
在评价磷酸取代罗丹明与谷胱胺酸的电子结构和空间位阻调节反应性的基础上，研制了一种具有独特性能(Kd = 4.9 mM, t1/2 = 0.57 s, K = 81 M-1 s-1)的可逆Förster共振能量转移(FRET)探针ZpSiP，用于实时定量活细胞中的GSH。此外，近红外(NIR)探针成功且灵敏地跟踪了真实生物体中GSH的动态，揭示了肿瘤、慢性肾衰竭和肝纤维化的相关病理过程。
谷胱甘肽(GSH)是活生物体中最基本和最丰富的非蛋白硫醇之一。通过还原形式(GSH)和氧化形式谷胱甘肽二硫化物(GSSG)之间的平衡，生物有机体的生物活性得到调节。GSH/GSSG在体内的异常氧化还原状态是多种疾病相关病理过程的重要标志，包括癌症、神经退行性疾病、囊性纤维化、衰老等。因此，组织或活体动物中谷胱甘肽的动态对于揭示疾病的相关生理过程和发病机制至关重要。
各种方法如色谱法、质谱法等，已用于生物系统中谷胱甘肽的测定。然而，这些现有的方法大多不适合快速、方便地检测谷胱甘肽，特别是在活细胞和组织中，因为需要预处理，操作复杂，分析时间长。荧光生物成像是实时可视化复杂生物系统中监测生物分子动态最不可或缺的工具之一。到目前为止，已经开发出许多荧光探针来监测细胞中的谷胱甘肽，其中，热力学合适、反应动力学快、与谷胱甘肽可逆反应的比值法是定量活细胞谷胱甘肽的可行方法。最近，硅取代罗丹明(SiR)被化学修饰为可逆gsh探针，QG3.0，基于Förster共振能量转移(FRET)机制。QG3.0的优良性能保证了其在活细胞中GSH二阶动态监测中的应用。
四种比例探针的合成及其与谷胱甘肽的反应机理（图源自Angewandte Chemie-International Edition ）
通常用于细胞培养的坚硬扁平的培养皿具有与生物体显著不同的微环境。因此，直接将简化的“培养皿”培养的细胞结果转移到活组织中是有问题的，这被认为是许多临床试验失败的原因之一。为了充分利用谷胱甘肽在真实生物中的细胞功能，荧光生物成像技术在完整组织或活体动物中追踪谷胱甘肽的动态是必不可少的。利用生物成像可行的非侵入性检测，无需复杂的预处理，比值荧光成像有可能成为体内谷胱甘肽定量的可靠方法。
尽管在定量细胞中谷胱甘肽方面取得了广泛的成功，但诸如光散射、自发荧光和光漂白等问题一直困扰着动物模型中较厚标本和组织的显微镜。此外，组织中的FRET信号变化可能比“培养皿”培养细胞中的条件更为复杂。这种困境在生物系统中进一步发展。因此，作为定量成像谷胱甘肽动态荧光的最终目的，在组织或动物中应用的探针比在细胞中受到更多的限制。
在系统结构修饰的基础上，作者建立了有效控制磷取代罗丹明GSH反应性的准则。所设计的探针ZpSiP提供了可逆和定量荧光，在评估的FRET探针之间具有足够的反应动力学和热力学，可定量GSH水平。利用所设计的探针，作者可以定量监测完整组织或活体动物氧化还原网络的瞬时变化，比体外检测提供更直接的信息，操作更可行。此外，通过克服荧光在生物体中阻止谷胱甘肽定量的挑战，作者已经证明，组织/动物中的生物成像有可能成为一种基础研究工具，可能导致广泛发现的新时代。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202217326
