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目的:
本研究旨在建立一种体外药物性肝损伤的评价模型,该模型基于自主设计并合成的荧光探针,通过精确监测细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)含量变化,评价药物对肝脏损伤的程度。该模型的成功建立和实际应用为药物研发、临床诊治中评价药物肝毒性提供基础数据。
方法:
1.针对GSH巯基基团的还原能力,以各种脂肪族卤素作为传感基团,合成一系列基于香豆素母核的荧光探针,并通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)和核磁共振谱(NMR)分析确定化学结构。
2.采用传统荧光探针评价方法,如选择性检测、抗干扰实验、灵敏度检测、临床样本应用等,并结合首次建立的还原型谷胱甘肽/半胱氨酸/高半胱氨酸(GSH/Cys/Hcy)共存条件评价方法,进行GSH特异性荧光探针的筛选及探针属性考察。利用LC-MS和密度泛函理论(DFT)进行荧光探针对三种生物硫醇响应差异的机制探究和验证。
3.在复杂环境中(如活细胞、秀丽隐杆线虫),考察GSH高特异性荧光探针的生物成像能力和监测能力。最终,与肝细胞共孵育,建立体外药物性肝损伤评价模型,使用药物和饥饿等化学和生理干预方式进行模型验证,并使用临床10种常见药物对该模型进行应用。
结果:
1.基于香豆素母核(CBF),通过加成不同的卤代酯和改变碳链长短的策略,成功设计并合成了一系列脂肪族卤素荧光探针CBF1,CBF2,CBF3,CBF4。通过核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)以及高分辨质谱法(QTOF-MS),表征及确定这一系列探针化学结构。
2.通过对这一系列脂肪族卤素探针进行GSH特异性初步筛选以及量子化学验证,筛选出对GSH具有选择性的氯丙酸(CBF3)荧光探针。特别是在模拟正常生理浓度下,CBF3荧光探针对GSH的选择性远远高于Cys和Hcy。此外,首次通过GSH/Cys/Hcy共存条件评价方法,进一步验证CBF3荧光探针对GSH具有高特异性以及抗干扰能力强的性能。通过探针荧光属性实验,发现CBF3荧光探针具有高灵敏度的特点,其中最低检测限(LOD)为9.2nM。此外,在正常生理情况下(pH=6-8),CBF3荧光探针对GSH具有显著的荧光响应。在临床应用中,CBF3荧光探针能定量检测真实血清样本中的GSH含量。
3.通过LC-MS和密度泛函理论(DFT),发现CBF3荧光探针对三种生物硫醇的反应机理是通过两步反应的,第一步传感基团中的卤素原子与生物硫醇中的巯基发生亲核取代反应,第二步反应中间体在识别基团的酯键处发生断裂,随后自身环化,由于GSH环形成速度以及含量远大于Cys和Hcy,因此CBF3荧光探针对GSH具有高特异性。又因为酯介导的空间位阻效应以及7位羟基和苯并噻唑基团的电子供体-受体关系引起分子内电荷转移(ICT),导致CBF3荧光探针对GSH荧光响应显著增加。
4.在复杂环境中,CBF3荧光探针最高剂量对细胞(HeLa、HepG2)均展现出较高的安全性(细胞活力比率>90%),并对生物活体具备良好的生物成像能力。尤其是在秀丽隐杆线虫中,CBF3荧光探针随着GSH含量的变化而变化,展现出在复杂环境中对GSH卓越的监测能力。
5.基于CBF3荧光探针在复杂环境中的良好检测能力,与HepG2细胞共同培育,成功建立了药物性肝损伤的细胞评价模型。利用经典肝损伤性药物作用于该评价模型,验证了该模型具有良好的肝损伤预测能力。利用该评价模型,进行临床常见药物的肝毒性评估,根据评价结果发现,荧光强度越弱,药物肝毒性越强,在体内越容易引发药物性肝损伤。
结论:
本研究成功建立了一种基于GSH荧光检测的药物性肝损伤评价模型。该模型的建立,可快速评价给定药物的肝毒性,也可用于预测药物诱导的肝损伤潜在机制的研究,推动了安全有效用药的进一步发展。这一发现将为药物研发中药物肝毒性评价提供新的检测方法,极大地促进药物性肝损伤相关临床诊断的研究。
本研究旨在建立一种体外药物性肝损伤的评价模型,该模型基于自主设计并合成的荧光探针,通过精确监测细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)含量变化,评价药物对肝脏损伤的程度。该模型的成功建立和实际应用为药物研发、临床诊治中评价药物肝毒性提供基础数据。
方法:
1.针对GSH巯基基团的还原能力,以各种脂肪族卤素作为传感基团,合成一系列基于香豆素母核的荧光探针,并通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)和核磁共振谱(NMR)分析确定化学结构。
2.采用传统荧光探针评价方法,如选择性检测、抗干扰实验、灵敏度检测、临床样本应用等,并结合首次建立的还原型谷胱甘肽/半胱氨酸/高半胱氨酸(GSH/Cys/Hcy)共存条件评价方法,进行GSH特异性荧光探针的筛选及探针属性考察。利用LC-MS和密度泛函理论(DFT)进行荧光探针对三种生物硫醇响应差异的机制探究和验证。
3.在复杂环境中(如活细胞、秀丽隐杆线虫),考察GSH高特异性荧光探针的生物成像能力和监测能力。最终,与肝细胞共孵育,建立体外药物性肝损伤评价模型,使用药物和饥饿等化学和生理干预方式进行模型验证,并使用临床10种常见药物对该模型进行应用。
结果:
1.基于香豆素母核(CBF),通过加成不同的卤代酯和改变碳链长短的策略,成功设计并合成了一系列脂肪族卤素荧光探针CBF1,CBF2,CBF3,CBF4。通过核磁共振氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)以及高分辨质谱法(QTOF-MS),表征及确定这一系列探针化学结构。
2.通过对这一系列脂肪族卤素探针进行GSH特异性初步筛选以及量子化学验证,筛选出对GSH具有选择性的氯丙酸(CBF3)荧光探针。特别是在模拟正常生理浓度下,CBF3荧光探针对GSH的选择性远远高于Cys和Hcy。此外,首次通过GSH/Cys/Hcy共存条件评价方法,进一步验证CBF3荧光探针对GSH具有高特异性以及抗干扰能力强的性能。通过探针荧光属性实验,发现CBF3荧光探针具有高灵敏度的特点,其中最低检测限(LOD)为9.2nM。此外,在正常生理情况下(pH=6-8),CBF3荧光探针对GSH具有显著的荧光响应。在临床应用中,CBF3荧光探针能定量检测真实血清样本中的GSH含量。
3.通过LC-MS和密度泛函理论(DFT),发现CBF3荧光探针对三种生物硫醇的反应机理是通过两步反应的,第一步传感基团中的卤素原子与生物硫醇中的巯基发生亲核取代反应,第二步反应中间体在识别基团的酯键处发生断裂,随后自身环化,由于GSH环形成速度以及含量远大于Cys和Hcy,因此CBF3荧光探针对GSH具有高特异性。又因为酯介导的空间位阻效应以及7位羟基和苯并噻唑基团的电子供体-受体关系引起分子内电荷转移(ICT),导致CBF3荧光探针对GSH荧光响应显著增加。
4.在复杂环境中,CBF3荧光探针最高剂量对细胞(HeLa、HepG2)均展现出较高的安全性(细胞活力比率>90%),并对生物活体具备良好的生物成像能力。尤其是在秀丽隐杆线虫中,CBF3荧光探针随着GSH含量的变化而变化,展现出在复杂环境中对GSH卓越的监测能力。
5.基于CBF3荧光探针在复杂环境中的良好检测能力,与HepG2细胞共同培育,成功建立了药物性肝损伤的细胞评价模型。利用经典肝损伤性药物作用于该评价模型,验证了该模型具有良好的肝损伤预测能力。利用该评价模型,进行临床常见药物的肝毒性评估,根据评价结果发现,荧光强度越弱,药物肝毒性越强,在体内越容易引发药物性肝损伤。
结论:
本研究成功建立了一种基于GSH荧光检测的药物性肝损伤评价模型。该模型的建立,可快速评价给定药物的肝毒性,也可用于预测药物诱导的肝损伤潜在机制的研究,推动了安全有效用药的进一步发展。这一发现将为药物研发中药物肝毒性评价提供新的检测方法,极大地促进药物性肝损伤相关临床诊断的研究。