缺氧與腫瘤的各種生理活動密切相關(guān)，缺氧伴隨著許多相關(guān)酶表達(dá)量上升，硝基還原酶（NTR）與缺氧的程度直接相關(guān)，定量檢測硝基還原酶對于癌癥的診斷具有重要的指導(dǎo)作用。在硝基還原酶還原底物過程中，輔酶NADH和硝基底物均參與反應(yīng)，表現(xiàn)出雙底物催化過程?，F(xiàn)有的硝基還原酶小分子熒光探針具有較高的靈敏度，為腫瘤的檢測提供依據(jù)，由于硝基還原酶酶促反應(yīng)過程與NADH相關(guān)，發(fā)展輔因子-底物的主-客體超分子熒光探針，開發(fā)硝基還原酶快速檢測的新方法成為研究熱點(diǎn)。
大連理工大學(xué)仿生識別與熒光傳感團(tuán)隊(duì)段春迎教授、焦揚(yáng)副教授提出了一種輔因子-底物的主-客體超分子熒光探針平臺策略，用于硝基還原酶的快速定量檢測（圖1）。主體部分由三個雙臂三齒的輔酶NADH模擬物二氫吡啶配體和三個Zn2+配位組裝得到的M3L3型金屬-有機(jī)大環(huán)Zn-MPB，客體部分為可以被硝基還原酶還原的底物L(fēng)-NO2，主客體間相互作用將底物L(fēng)-NO2封裝在主體大環(huán)Zn-MPB中，其還原過程不再依賴于NADH濃度，反應(yīng)過程中電子傳遞效率提高。主體Zn-MPB和底物L(fēng)-NO2融合為準(zhǔn)分子結(jié)構(gòu)，使硝基還原酶的雙底物催化還原過程優(yōu)化為單底物催化還原過程，縮短反應(yīng)時(shí)間。
主-客體探針在測試環(huán)境中能夠穩(wěn)定形成與存在，在緩沖液溶劑測試中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能（圖2A-2F），與硝基還原酶反應(yīng)5秒內(nèi)達(dá)到平衡。輔因子-底物超分子熒光探針的熒光強(qiáng)度只與硝基還原酶濃度線性相關(guān)，不隨時(shí)間變化（圖2E，2F），實(shí)現(xiàn)了對硝基還原酶的快速定量檢測。將超分子探針進(jìn)一步用于細(xì)胞測試，發(fā)現(xiàn)隨缺氧程度升高，Zn-MPBéL-NO2對細(xì)胞的成像效果越明顯（圖2G）。熒光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的細(xì)胞成像結(jié)果顯示（圖2H），1min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)對缺氧細(xì)胞的快速熒光成像。輔因子-底物超分子熒光探針對活體荷瘤小鼠瘤體熒光成像在10min內(nèi)即可達(dá)到快速平衡，輔因子-底物超分子熒光探針具有快速響應(yīng)硝基還原酶的能力。
圖2.輔因子-底物主客體探針Zn-MPBéL-NO2對硝基還原酶熒光檢測及細(xì)胞成像
這項(xiàng)研究提出了一種輔因子-底物超分子熒光探針策略，極大的促進(jìn)了探針對酶響應(yīng)的效率，為仿生催化、腫瘤的早期診斷及前藥的激活提供了新思路。
ACofactor-Substrate-Based Supramolecular Fluorescent Probe for the UltrafastDetection of Nitroreductase under Hypoxic Conditions
Yang Jiao, LeiZhang, Xu Gao, Wen Si, Chunying Duan*
Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6021-6027.
研究團(tuán)隊(duì)簡介
大連理工大學(xué)段春迎教授團(tuán)隊(duì)長期從事生命體系相關(guān)的仿生識別與熒光傳感研究，通過構(gòu)建富含酰胺骨架的金屬-有機(jī)仿生結(jié)構(gòu)，拓展出系列新型高靈敏度專一性敏感材料。作為團(tuán)隊(duì)成員焦揚(yáng)副教授從事腫瘤靶向識別標(biāo)記及腫瘤形成發(fā)展過程生物示蹤的研究工作。
段春迎
https://www.x-mol.com/university/faculty/9437
焦揚(yáng)
https://www.x-mol.com/university/faculty/9181
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