UGT1A1特异性荧光探针底物的理性设计、性能表征及生物医学应用研究

Human uridine-glucuronoyltransferase 1A1 (UGT1A1), participates in the metabolism of many clinical drugs, is also responsible for the clearance of endogenic toxic compound bilirubin. Quantification the UGT1A1 activity among human individuals is very helpful for personalized medicine in clinic,liver function evaluation, early warning for hyperbilirubinemia and metabolism based drug-drug interactions (DDI) etc. Design and development of highly specific fluorescence probe substrates of UGT1A1 are very essential for high throughput detection for the enzyme activity. In this project, a series of fluorescence substrate for UGT1A1 will be designed, synthesized and well-characterized, based on our previous understanding in 3D structure and substrate selectivity of UGT1A1. The aim of this project is to develop practical fluorescence probe substrates with high specific, good sensitivity, high signal-to-noise ratio. The probe will be used in rapid measuring the activity of aim enzyme in different biological system, screening inhibitors and inducers of UGT1A1, and exploring the mechanism of diseases which related with UGT1A1 function and distribution alteration. Ultimately, we will construct a whole development and application system for UGT1A1 fluorescence probe substrate.

葡萄糖醛酸转移酶(UGT)1A1不仅参与了众多临床药物的代谢，还肩负着清除内源性毒物胆红素的重任。UGT1A1个体差异的定量评估对于临床个性化用药、肝脏代谢功能评判，以及避免高胆红素血症与药药相互作用等不良反应的发生意义重大。设计研发UGT1A1的特异性荧光探针底物是实现其活性高通量高灵敏检测的前提。本项目拟在前期工作基础上，以UGT1A1的空间结构及其偏好底物的结构特征为切入点，系统开展UGT1A1特异性荧光探针的理性设计、化学合成、选择性筛选、荧光及生物学属性表征等研究。旨在研发选择性专一、灵敏度高、抗环境干扰能力强的实用型荧光探针底物，并将其用于不同生物体系中目标酶活的快速表征及UGT1A1抑制剂/诱导剂的高通量筛选，以及UGT1A1的分布和功能变化与人体疾病发生发展间的关系及相关机制研究等。最终构建一整套UGT1A1特异性荧光探针底物的研发及应用技术体系。

胆红素代谢酶UGT1A1是人体重要的II相代谢酶，其不仅参与了众多临床药物的代谢，还肩负着清除内源性毒物胆红素的重任。UGT1A1活性的定量评估对于临床个性化用药、肝脏代谢功能评判，以及避免高胆红素血症与药药相互作用等不良反应的发生意义重大。设计研发UGT1A1的特异性荧光探针底物是实现其活性高通量超灵敏检测的关键。在国家自然科学基金面上项目81473181的支持下，我们结合前期工作基础，以4-羟基-1,8-萘酰亚胺类化合物为荧光母体，设计合成了系列UGT酶的候选底物。通过深入研究1,8-萘酰亚胺类底物-UGT酶催化选择性规律，发现在该母体上引入酸性基团或通过拓展底物的结构均可大幅提高UGT1A1的催化选择性。借助上述规律，我们采用两种不同的设计策略成功研发了两个UGT1A1的特异性荧光探针底物NCHN和NHPN。借助这些自主研发的UGT1A1荧光探针底物，我们进一步开发了基于微孔板的UGT1A1酶活的高通量检测新方法，并将该方法用于复杂生物体系中UGT1A1的活性检测、UGT1A1抑制剂和诱导剂的高通量筛选以及UGT酶-配体相互作用等研究，显示了良好的应用前景。上述工作实现了复杂生物样品中UGT1A1酶活的高效精确检测，不仅填补了国内外相关领域的技术空白，还为UGT1A1相关的临床药理学研究提供了实用的工具分子和药筛方法。截止2019年1月，在该项目的资助下，我们共发表各类论文58篇（均已标注本项目基金号，含近期已接收论文SCI 1篇），其中SCI收录论文54篇（含IF>5的高水平研究论文20篇）。申报各类发明专利5件。培养博士研究生4人，硕士研究生4人，博士后出站2人。此外，相关成果还荣获科研奖励5项，新增省部级课题5项。