检测炎症与药物性肝损伤中ONOO?上调荧光探针的合成及应用

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作为一种高活性氧化物种,过氧亚硝酸盐(ONOO?)在生命系统的各种生理和病理过程中发挥着重要作用。ONOO?是在线粒体内由一氧化氮(NO)以及超氧阴离子(O2·?)的扩散反应生成的一种活性物质,因此同时兼备活性氧(ROS)以及活性氮(RNS)的性质。ONOO?作为一种重要的信号分子在调节细胞免疫信号应答具有重要作用,由于ONOO?性质特殊,当其在体内的含量过高时则会与细胞内的核酸、脂类、蛋白质等多种活性物质反应诱导氧化\硝化应激,从而导致细胞凋亡和坏死,最终造成机体损伤。此外,越来越多的证据表明一些如炎症、药物性肝损伤、神经退行性疾病、阿尔茨海默病、帕金森病、心血管疾病、缺血性再灌注损伤和癌症等疾病都和体内ONOO?的含量升高相关。但由于其稳定含量低(约0.1 nmol),半衰期短(约10ms),直接分离检测ONOO?具有一定的挑战性。因此,构建有效的工具来研究ONOO-在相关病理生理过程的作用和检测ONOO-体内浓度变化用以诊断相关疾病是非常重要的。迄今为止,荧光成像技术因其具有高灵敏度、高选择性、实时、无创等优点,已成为广泛应用于化学分析、生物分析和医学研究的有用工具之一。尽管报道的探针在监测ONOO?方面表现良好,但仍然存在一些局限性:由于ONOO?的强氧化性,部分探针稳定性不足,检测过程中易被氧化漂白,不适合长时间追踪检测;一些探针具有较短波长的吸收/发射,在生物体内成像过程中可能会受到自发荧光的干扰,限制了其在生物方面的应用。因此,构建特异性识别ONOO-的高稳定性长波长荧光探针仍然是迫切需要的。在此论文中,通过前期文献调研以及在本课题组前期工作基础上,我们首先选用具有优异性能的试卤灵染料(Resorufin)和BODIPY染料(BDP-Py)作为荧光团,通过引入不同识别基团构建长波长荧光探针,期望探针能够实现特异性检测ONOO?并通过对体内ONOO-浓度变化的检测实现对炎症和药物性肝损伤的诊断。在第二章中,我们利用二苯基次膦酰酯基和α-酮酰胺基为识别基团,试卤灵为荧光团,构建出了两个用于特异性检测ONOO?的荧光探针RFP和RFAc。成功合成两个探针后,在体外溶液中初步对其检测ONOO?的能力进行了测试,发现两个探针可以实现选择性响应ONOO?,并能耐受高浓度ONOO?的强氧化性。在体外溶液测试中,探针RFP和RFAc能够分别在20 min与30 min内快速地识别ONOO?;在浓度滴定实验中探针RFP和RFAc分别在0-35μM与0-30μM浓度范围内具有良好的线性关系,两者都能够灵敏地检测ONOO?,检测限分别为238 n M与220 n M;探针RFP和RFAc识别ONOO?时具有良好的选择性、抗干扰性以及p H稳定性。另外,通过ESI-MS验证了探针RFP和RFAc对ONOO?的检测机制;密度泛函理论计算表明两个探针的荧光淬灭是由于ICT过程导致的。细胞实验证明,探针RFP和RFAc对生物样品具有低毒性,可以应用于检测细胞内/外源性ONOO-的浓度波动。更重要的是,构建的探针成功应用于小鼠腿部炎症活体成像实验,利用ONOO-浓度升高引起的荧光强度增强实现了对炎症的诊断。在第三章中,为延长探针的发射波长选用了性能优异的BODIPY染料作为荧光团和二苯基次膦酰酯基作为特异性响应基团,构建了荧光探针BDPP,并在溶液中对其检测ONOO-的性能进行了系统测试。通过体外溶液测试结果发现,与第二章中基于试卤灵染料构建的荧光探针RFP、RFAc相比较,新构建的探针BDPP具有更好的溶解度,更长的发射波长(613 nm?590 nm),更快的响应速度(10 min?20 min),更好的抗干扰性等性质。这些更加优异的特性使得探针BDPP可以快速且特异性检测细胞和斑马鱼中内/外源性的ONOO?浓度变化,并且能够有效地屏蔽其他活性氧的干扰。更重要的是,在对乙酰氨基酚(APAP)诱导的细胞药物性肝损伤模型中(Hep G2细胞和QSG-7701细胞),利用探针BDPP实现了对药物性肝损伤的诊断并评估了保肝药物N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)的治疗效果。
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