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科技工作者之家 2019-07-08
来源:X一MOL资讯
活性羰基化合物(Reactive Carbonyl Species, RCS)是由一类含有一个或多个羰基的小分子组成的家族,主要由碳水化合物、脂质、蛋白质及氨基酸代谢产生。具有代表性的RCS包括4-羟基-2(E)-烯壬醛(4-HNE)、丙二醛(MDA)、甲基乙二醛(MGO)、甲醛(FA)、丙烯醛等等。迄今为止,已有大量的证据表明这些小分子在许多生理或病理过程中起着重要的作用。其中,MGO受到了学者们越来越多的关注。MGO主要是由生物体内糖代谢、脂质体过氧化以及蛋白质氧化生成,能够与生物体内大分子上面的氨基或羟基发生亲和反应形成晚期糖基化终末产物(AGEs)。AGEs可影响一系列的细胞活动如氧化应激、蛋白质功能发生障碍、炎症、内皮细胞功能障碍等。同时,有证据表明MGO水平上升与多种疾病如肥胖、心血管疾病、肾功能障碍、糖尿病等密切相关。其中,MGO水平升高已被公认为糖尿病及其并发症发生的病理学因素。MGO也可能成为继血糖以及糖化血红蛋白(HbA1c)之外的糖尿病及其并发症的重要诊断依据。
传统的MGO检测方法主要基于电化学或吸光度的测定,通过HPLC或GC-MS等进行检测。这些方法大都存在复杂的样品前处理过程、对细胞和组织伤害较大等缺陷。荧光探针具有高选择性,特异性以及良好的生物相容性,越来越多的被用于生物系统中小分子的实时检测。然而,目前已被报导的少量MGO荧光探针均为以邻苯二胺(OPD)作为识别基团的“turn-on”型荧光探针。OPD可与生物活性小分子NO、FA等反应,存在潜在的选择性问题。另一方面,“turn-on”型荧光探针检测MGO时依赖于单一发射峰的变化,易受仪器效率、光散射、以及微环境的影响。相较而言,比率型荧光探针通过测定两个发射峰比值的变化对待测物进行检测,在一定程度上可避免上述干扰,从而可对生物样品中的MGO进行更准确的追踪和定量。
最近,华中师范大学刘春荣团队发展了第一例甲基乙二醛的比率型荧光探针。通过模型反应,他们发现降低第二个胺基的亲核性即将邻苯二胺换成2-氨基乙酰氨可成功实现MGO与甲醛、NO的区分,2-氨基乙酰氨可作为MGO探针设计中的特异性识别基团。在此基础上,通过理论计算他们发现,2-氨基乙酰氨连接到ESIPT效应荧光分子3-羟基黄酮并不会破坏其ESIPT效应,而该化合物与MGO关环反应则可抑制分子内ESIPT效应并实现MGO的比率型荧光检测。基于该理论计算,该团队对MGO比率型荧光探针CMFP进行了合成,并将其用于MGO的荧光检测成像。CMFP在缓冲溶液以及活细胞内均能特异性的识别MGO并呈现比率型荧光变化,且不受包括NO与FA在内的一系列生物活性分子的干扰。利用CMFP,该团队对3条内源性MGO的可能产生途径(脂质体过氧化、糖代谢以及蛋白质代谢)进行了验证并发现其中糖代谢和脂质体过氧化是MGO的主要产生来源,这与主流文献报道相吻合。最后,考虑到MGO是糖尿病以及并发症的生物标记物,该团队还探究了CMFP在糖尿病及其并发症患者的血细胞荧光成像方面的应用,结果表明:MGO水平上升与糖尿病及其并发症的发生存在密切的关系。CMFP不仅可以用于基础研究中MGO的检测,也有应用于临床疾病的早期诊断的潜力。
这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章第一作者为华中师范大学硕士研究生汪会玲与博士研究生徐玉林,通讯作者为刘春荣研究员。
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Ratiometric Fluorescent Probe for Monitoring Endogenous Methylglyoxal in Living Cells and Diabetic Blood Samples
Huiling Wang, Yulin Xu, Li Rao, Chuntao Yang, Hong Yuan, Tingjuan Gao, Xin Chen, Hongyan Sun, Ming Xian, Chunrong Liu, Changlin Liu
Anal. Chem., 2019, 91, 5646-5653, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b05426
来源:X-molNews X一MOL资讯
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