脯氨酰内肽酶特异性荧光探针开发及中药活性成分发现中的应用

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脯氨酰内肽酶(Prolylendopeptidase,PREP,E.C.3.4.21.26)是一种重要的丝氨酸蛋白水解酶,能特异性地水解多肽链中脯氨酸羧基端的肽键。在中枢神经系统中参与神经肽的代谢调节,其活性与多种精神类疾病的发生发展密切相关。已经有研究表明,人体内PREP活性异常与阿尔茨海默症等精神类疾病有关。因此,建立高效的在复杂生物样品中检测该酶活性的分析方法,对于脑疾病的研究与认识具有重大意义。目的:在酶活性的分析方法中,荧光检测法具有高灵敏度、快速检测和高通量等优点,是PREP活性检测的主要方法之一。目前用于PREP活性分析的商业化荧光探针的荧光母体为4-甲基-7-氨基香豆素(AMC)。4-甲基-7-氨基香豆素的吸收光谱和发射光谱分别为380 nm和460 nm。由于该荧光母体的吸收光谱(380 nm)和发射光谱(460nm)分别处于紫外区和可见光区,极易受到生物基质背景荧光的干扰。所以商业化探针难以检测复杂生物样品中的PREP,需要构建一类基于近红外荧光响应的新型荧光探针。近红外探针的使用能够加强光子在组织中的穿透力,减少对生物样品的光损伤,并从生物系统的生物分子中产生低背景的自荧光。方法:本论文以近红外荧光母体ACM(系统命名为(E)-2-(2-(4-aminostyryl)-4H-chromen-4-ylidene)malononitrile)为起点,计划设计合成三种新的探针(F-VP-ACM、F-AP-ACM、Z-VP-ACM)。ACM的吸收光谱和发射光谱分别为480 nm和670 nm,这种荧光母体在复杂的生物体系中能够屏蔽生物基质背景荧光的干扰。新型近红外荧光探针合成纯化完成后,先对探针进行一系列的生物评价。然后根据种属差异以及酶源获得难易程度,最终选定鼠脑S9溶液作为PREP的酶源。以鼠脑S9溶液作为酶源开展探针水解实验,并挑选出水解速率最快的探针,利用新型探针开展中药活性成分的筛选工作。结果:本论文中三种新型近红外荧光探针成功合成并经过核磁共振波谱学鉴定,在一系列化学评价和生物评价中都表现出良好的稳定性。在以鼠脑S9溶液作为酶源的探针水解实验中,F-VP-ACM和F-AP-ACM的水解速率较慢,荧光响应值较低,Z-VP-ACM的水解速率较快,荧光响应值最高,因此Z-VP-ACM更适合用于中药活性成分的筛选。在对一系列的中药粗提物和中药单体成分进行筛选后,发现其中几种中药粗提物和中药单体成分对PREP有较强的抑制作用。包括阿魏醇提物,辣木子水提物、黄杨碱、齐墩果酸、防己诺林碱、新补骨脂异黄酮、西贝素、高乌甲素、中乌头碱、千里光碱、雷公藤红素。结论:综上所述,我们分别设计合成了三种脯氨酰内肽酶的新型近红外荧光探针,(F-AP-ACM,F-VP-ACM、Z-VP-ACM)并对三种探针进行了一系列化学评价和生物评价。在以鼠脑S9溶液为PREP酶源的新型探针水解实验中Z-VP-ACM水解速率最快,荧光响应值最高,新型近红外荧光探针Z-VP-ACM被用于中药活性成分的筛选。并筛选出一批对PREP具有激活或者抑制作用的中药活性成分,该探针(Z-VP-ACM)对于检测复杂生物体系中PREP的活性及PREP在组织中的荧光成像意义重大。
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