Page 50 - 《精细化工》2022年第9期
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·1768·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 39 卷

                 Key words: fluorescence probes; β-galactosidase; ovarian cancer; cell senescence


                 β-半乳糖苷酶（β-Gal）是由蛋白质亚基组成的                      针使用单一信号传导机理进行检测时常遇到的局
            四聚体酶，能水解 β-半乳糖苷键            [1-2] 。溶酶体中的 β-Gal     限，进一步实现具有低检测限（DL）、高空间分辨
            是参与卵巢癌发生和转移的重要生物标记物                     [3-4] 。研   率、良好化学稳定性和强细胞蓄积能力等特点的
            究发现，人卵巢浆液性囊腺癌细胞（SHIN3）、人卵                          β-Gal 荧光探针的设计和开发，推进卵巢癌精确诊断
            巢浆液性囊腺癌细胞（SKOV3）、人卵巢浆液性腺                           及其治疗效果评价、细胞衰老程度准确评估和个体
            癌细胞（OVCAR3、OVCAR4、OVCAR5、OVCAR8）                   健康寿命预测等生物检测领域的发展。
            和卵巢子宫内膜样腺癌细胞（OVK18）等卵巢癌细
            胞中 β-Gal 活性远远高于正常细胞            [5-7] 。因此，内源        1   基于 ICT 机理构建的 β-Gal 荧光探针
            性 β-Gal 活性评估是卵巢癌临床诊断及治疗效果评
                                                                   ICT 荧光探针一般由供电子基团和吸电子基团
            价的常见方法。除了卵巢癌细胞，β-Gal 在衰老细胞
                                                               通过 π 电子 连接而成。 探针 D-π-A （ Donor-π-
            中也存在过表达的现象。衰老是一种时间依赖性生
                                                               Acceptor）结构的形成，有利于探针形成电子跃迁，
            理功能衰退现象，也是引起许多非传染性疾病产生                             释放荧光    [14] 。探针 β-半乳糖苷键响应 β-Gal 催化，
            的关键因素      [8-10] 。其中，人类衰老相关的 β-半乳糖
                                                               水解产生具有 D-π-A 分子构型的发色团并释放荧光
            苷酶（SA-β-Gal）是目前衰老检测应用最广泛的生
                                                               是用于 β-Gal 检测 ICT 荧光探针设计的基本策略。
            物标志物，是评估细胞衰老程度和预测个体健康寿                             1.1   检测 β-Gal 菁染料 ICT 荧光探针
            命的重要工具       [3,8-12] 。
                                                                   菁染料因具有良好的生物相容性、高摩尔消光
                 荧光分析法是通过检测探针荧光强度、荧光寿
                                                               系数和荧光量子产率以及结构易修饰性而被广泛应
            命、比例荧光或其他荧光参数的变化，对离子、小
                                                               用于荧光成像      [15-16] 。REDY-KEISAR 等 [17] 开发了一
            分子、生物大分子浓度或生物微环境参数进行检测
                                                               例中位 β-半乳糖基团修饰的 β-Gal 激活型近红外菁
            的有效方法，具有灵敏度好、响应迅速、时空分辨
                                                               染料探针 QCy7-βGal（图 1a）。β-Gal 能够催化探针
            率高和技术简便等特性。考虑到监测 β-Gal 活性可
                                                               QCy7-βGal 先后释放 β-半乳糖和对亚甲基苯醌保护
            以对卵巢癌细胞（或衰老细胞）进行特异性识别，
                                                               基团，继而引发电子重排形成具有 ICT 体系的 QCy7
            开发 β-Gal 荧光探针是评估卵巢癌发生、转移及治
                                                               并释放荧光。探针 QCy7-βGal 不但可以对溶液中
            疗效果和预测细胞衰老程度、个体健康寿命等生命
                                                               β-Gal 产生灵敏响应，而且可以识别小鼠体内 β-Gal
            监测活动的关键核心内容，而如何进一步区分卵巢
                                                               活性的变化。酶替代疗法能够治疗 β-Gal 缺失导致
            癌细胞和衰老细胞对 β-Gal 荧光探针的设计提出了
                                                               的半乳糖唾液酸症或莫尔基奥氏综合征，QCy7-βGal
            更高的要求。此外，在对人源性 β-Gal 进行研究时，
            大肠杆菌 β-半乳糖苷酶（E. coli  β-Gal）或通过 β-                 有望对酶替代疗法的治疗效果进行实时报道。
            半乳糖苷酶基因 Z（lacZ）转染细胞产生的内源性                              ZHANG 等   [18] 通过糖苷键结合 β-D-半乳糖残基
            β-Gal 常被用作人源性 β-Gal 体外替代酶。然而，人                     和半菁-氧杂蒽缩合荧光骨架，设计、合成了一例近
            源性 β-Gal 是由半乳糖苷酶 β1（GLB1）基因表达的                     红外探针 Gal-Pro，用于 SA-β-Gal 活性的检测（图
            内源性溶酶体酶，其催化结构域与 lacZ 基因编码的                         1b）。与探针 QCy7-βGal 相比，Gal-Pro 被 β-Gal 催
            E. coli  β-Gal 有很大不同   [1,10-11,13] 。因此，设计能够       化，不需经历电子重排即可形成明显的 ICT 体系，
            区分不同种属来源的 β-Gal 荧光探针，有利于研究                         产生荧光发射。上述结构特点使探针 Gal-Pro 具有
            人员对 β-Gal 相关生理、病理过程进行精准研究                  [11] 。   β-Gal 快速响应能力（DL=5.7×10      −11  mol/L），Gal-Pro
                 近年来，用于检测 β-Gal 活性的荧光探针被广                      能够灵敏检测衰老细胞内 SA-β-Gal 的活性。
            泛报道，β-Gal 荧光探针是基于探针被 β-Gal 特异性                         ZHEN 等  [19] 通过季铵盐反应，将亲水性聚乙二
            催化活性位点后，产生荧光变化这一理念进行设计                             醇（PEG）连接到探针 CyGal 半菁-氧杂蒽缩合骨架
            的。本文根据荧光信号传导机理的不同，对依据分                             上，合成了具有肿瘤靶向性和高肾脏清除率的 β-Gal
            子内电荷转移（ICT）、荧光共振能量转移（FRET）、                        激活型近红外诊疗剂 CyGal-P（图 1c）。与 CyGal
            聚集诱导发光（AIE）和光诱导电子转移（PET）等                          相比，CyGal-P 被 β-Gal 催化释放 β-D-半乳糖的同时，
            机理构建的 β-Gal 荧光探针分子结构和应用特点进                         产生更明显的近红外荧光（NIRF）、光声（PA）和光
            行了归纳和总结。依据不同荧光信号传导机理构建                             热信号。除了具有多模式成像能力，探针 CyGal-P 被
            的探针分子有各自的应用局限，综合应用多荧光传                             β-Gal 激活后产生的光热效应能够对小鼠肿瘤进行光
            导机理共同构建的二维 β-Gal 检测体系，能突破探                         热治疗（PTT），有效抑制肿瘤体积的增长。
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