近日，大連化物所復(fù)雜分子體系反應(yīng)動力學(xué)研究組（1101組）韓克利研究員和生物分子功能與機(jī)制研究組（1821組）樸海龍研究員，與深圳晶泰科技有限公司（XtalPi）團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GST）熒光探針分子的整體識別性能除了受控于傳統(tǒng)意義上的識別基團(tuán)，還與熒光團(tuán)的缺電子性密切相關(guān)。

GST是一種重要的II期解毒酶，通過催化谷胱甘肽（GSH）親核進(jìn)攻并加合到目標(biāo)物的親電中心，增加其親水性以便于運(yùn)輸和排出細(xì)胞外，從而達(dá)到解毒的目的。相比于正常組織和細(xì)胞，GST在多種癌癥中的過表達(dá)，成為一種重要的多藥抗性癌癥標(biāo)記物。近紅外熒光探針因其高穿透性、低背景熒光、便于活體成像等優(yōu)點(diǎn)而更具實(shí)用價(jià)值，然而文獻(xiàn)中對檢測GST的該類探針鮮有報(bào)道和研究。 

研究團(tuán)隊(duì)在前期工作（Research, 2020）的基礎(chǔ)上，在保持系列識別基團(tuán)不變的前提下，通過引入帶正電荷的近紅外菁類熒光團(tuán)HCy以替換先前的雙光子熒光團(tuán)NI，發(fā)現(xiàn)HCy系列探針均比相應(yīng)的NI系列探針有顯著更強(qiáng)的非酶促和酶促反應(yīng)性。從實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩個(gè)層面對該研究及相關(guān)文獻(xiàn)中的反應(yīng)動力學(xué)結(jié)果進(jìn)行了詳實(shí)的分析推理論證后，研究人員得出結(jié)論：上述現(xiàn)象源于熒光團(tuán)更強(qiáng)的缺電子性而非親水性。由此導(dǎo)致HCy系列探針中兼具高靈敏度和低背景反應(yīng)噪音的實(shí)用探針為識別基團(tuán)親電性更弱的HCy2（對位取代基為三氟甲基）和HCy9（對位為氫原子），這與對位取代基為氰基的NI3形成了鮮明對比，也打破了其它文獻(xiàn)中人們對氰基的固有依賴。同時(shí)，在此現(xiàn)象的“信號放大”效應(yīng)下，識別基團(tuán)之間反應(yīng)性差異導(dǎo)致的其對不同亞型同工酶的選擇性區(qū)別得以顯現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)結(jié)論得到了分子對接模擬結(jié)果的印證。進(jìn)一步在細(xì)胞、組織及模式小鼠活體成像中的結(jié)果驗(yàn)證了HCy2和HCy9檢測GST的實(shí)用性。此外，盡管普遍認(rèn)為不易通過光致電子轉(zhuǎn)移（PET）調(diào)控近紅外探針的熒光傳感，該工作通過超快光譜和量化計(jì)算證明HCy系列探針的傳感機(jī)理確為PET，且識別基團(tuán)的親電性也會反過來影響熒光傳感效率。該研究為熒光探針的整體設(shè)計(jì)觀提供了啟示和借鑒。

上述研究成果發(fā)表在《化學(xué)科學(xué)》（Chemical Science）上。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。（文/圖 張學(xué)祥）