谷胱甘肽代谢相关酶光学探针的设计合成及其在恶性肿瘤诊断及成像中的应用

The mechanism, diagnosis and therapy of malignant tumor are the advanced subject of life science. Studying the molecular marker and feature of malignant tumor is very significant for the diagnosis and prognosis. Thereinto, the glutathione metabolism related peptidases such as γ-glutamyl transpeptidase and glutamate-cysteine ligase, which regulated the intracellular oxidative stress, have attracted much attention in this field. However, the sensitivity and specificity of the existing analytical methods for these targets are not satisfactory and these methods can hardly be used for imaging in biological samples. To address this issue, we propose to develop fluorescent probes for glutathione metabolism related peptidase by taking the advantage of the specific enzymatic reaction. Based on these probes, we can establish the analytical and imaging method for these peptidase and explore their applications to the diagnosis and imaging of malignant tumor. We believe research project not only is beneficial to the fundamental research of malignant tumor but also can provide the new method and technology for the diagnosis and therapy of cancer.

恶性肿瘤的病理、诊断及治疗是生命科学领域的前沿性课题。从分子层次上研究恶性肿瘤的特征及其分子标志物的检测对恶性肿瘤的诊断及预后判断有十分重要的意义。其中，谷胱甘肽代谢相关酶（如γ-谷氨酰转肽酶，谷氨酰半胱氨酸合成酶等）因其调控细胞内谷胱甘肽的浓度间接调控了细胞的氧化应激水平，是癌症研究中重要的生物活性分子；然而，目前它们的检测方法在灵敏度和特异性方面还存在着严重的不足，且不能够用于这些酶的原位成像研究。针对这一关键问题，我们提出利用酶特异性的化学反应设计针对谷胱甘肽代谢相关酶的荧光探针，建立这些酶的荧光检测及原位成像分析新方法，并探索新方法在恶性肿瘤诊断和成像中的应用。该课题的实施不仅有助于恶性肿瘤的分子基础研究，而且能够为恶性肿瘤的临床诊断、治疗提供新的实验方法和技术。

肿瘤细胞的氧化应激水平显著高于正常细胞，但这种较高的氧化应激与肿瘤细胞的产生、增殖的关系仍然不清楚，尚待研究。本项目以谷胱甘肽代谢相关酶以及与细胞氧化还原动态平衡密切相关的活性氧为研究对象，利用分析物与荧光探针分子特异性的化学识别反应，并结合光物理过程扰动原理，设计合成含特定识别单元的新型荧光探针，构建了对这些分析物具有高选择性、高灵敏度响应的荧光检测及成像体系，为这些重要目标分子的荧光成像分析以及活体原位诊断提供了关键的实验方法和技术。具体研究成果包括：（1）开发了若干针对γ-谷氨酰转肽酶、亮氨酸氨肽酶、丙氨酸氨肽酶、泛酰巯基乙胺酶等谷胱甘肽代谢相关酶的荧光探针，实现了对这些酶的高选择性高灵敏度分析；（2）开展了这些酶的活体原位成像研究，并探索其在疾病中的变化情况，为疾病诊断提供了新的技术手段；（3）针对细胞内活性氧物种开发了高灵敏度高选择性的荧光探针，实现了铁死亡细胞内活性氧升高和黏度变化的同时检测。本项目取得的成果在J. Am. Soc. Chem., Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci.等杂志上发表论文13篇。