近日，中國科學院大連化學物理研究所復雜分子體系反應動力學研究組研究員韓克利團隊基于氨基甲酸酯母核的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，設計并發(fā)展了小分子抑制劑型熒光探針（SMI-probe），在重要的藥物代謝酶羧酸酯酶（Carboxylesterases，CEs）的實時熒光高分辨檢測中取得了良好的應用效果。由于抑制劑型探針分子NIC-4的分子結(jié)構(gòu)簡單，體積小，且具有針對CEs的超分辨響應靈敏度，因此在細胞原位檢測中能夠獲得更加真實的成像效果，為亞細胞器層面的酶標記提供了新的設計思路與成功范例。
大連化物所提出利用小分子熒光抑制劑實現(xiàn)酶高分辨成像的新方法
羧酸酯酶CEs是一類重要的水解酶，在外源性藥物代謝過程中，其負責催化的酯水解過程，是包括伊立替康等在內(nèi)的抗癌藥物起效的關(guān)鍵激活步驟。此外，CEs在維持內(nèi)源性脂質(zhì)和糖代謝穩(wěn)定中發(fā)揮著十分重要的作用。對CEs的原位實時熒光標記，是實現(xiàn)糖/脂代謝平衡深入理論研究及抗腫瘤藥物應用效果監(jiān)測的實踐基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的免疫熒光標記策略能夠標記CE，但該方法操作復雜，依靠免疫級聯(lián)反應實現(xiàn)的信號放大對所應用的抗體質(zhì)量有非常高的要求，標記抗體結(jié)構(gòu)過大會導致成像失真，且只能用于固定細胞，無法實現(xiàn)實時在體成像。
利用熒光核偶聯(lián)識別基團是超分辨探針設計的一大策略，目前已有納米顆粒（Nanobodies），適體（Aptamers）熒光標記等策略?；谳p便且具有高選擇性標記的超分辨熒光探針的應用需求，韓克利團隊在被標記蛋白配體屬性的結(jié)構(gòu)功能研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)分析與挖掘，發(fā)現(xiàn)氨基甲酸酯類化合物在羧酸酯酶催化識別上具有顯著的分型特點，即具有R1-NH-CO-R2型結(jié)構(gòu)特點的氨基甲酸酯類化合物趨向于成為可被羧酸酯酶催化代謝的底物，而R1-NR2-CO-R3型則易成為羧酸酯酶的抑制劑化合物。基于此，團隊選擇結(jié)構(gòu)較小的熒光基團萘酰亞胺，將抑制劑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與熒光母核進行直接連接，設計得到小分子抑制劑型熒光探針NIC-4，通過理論計算確認，其抑制性質(zhì)來源于酰胺鍵中較大空間位阻的取代基對酶活性中心絲氨酸親核進攻過程的阻礙。進一步通過抑制屬性檢測、熒光屬性標定、標記選擇性驗證等，團隊確認了探針小分子的優(yōu)良體外屬性，并在細胞層面對亞細胞器的實時熒光標記表現(xiàn)進行了驗證，結(jié)果顯示，設計得到的超分辨熒光探針小分子不僅在標記選擇性上優(yōu)于免疫熒光方法，也具有良好的細胞耐受性（低細胞毒）、高檢測靈敏度、熒光穩(wěn)定性等，應用其進行長時間的細胞動態(tài)效應觀測，具有顯著優(yōu)勢。
相關(guān)成果以“Directional Modified Fluorophores for Super Resolution Imaging of Target Enzymes: A Case study with Carboxylesterases”為題，發(fā)表在《藥物化學》（Journal of Medicinal Chemistry）雜志上。該工作的第一作者是大連化物所賈燕助理研究員和北京大學深圳醫(yī)院博士后王家悅。該工作得到國家自然科學基金、博士后面上基金等項目的資助。
