CN103242822A - 用于检测n-乙酰转移酶2的荧光探针 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测N-乙酰转移酶2(N-acetyltransferase2,NAT2)活性的荧光探针。
背景技术
N-乙酰转移酶2(N-acetyltransferase2,NAT2)是人体重要的代谢酶,主要分布在肝脏,用于催化芳香胺及杂环胺类乙酰化。其对芳香胺类致癌物的活化和灭活及芳胺类药物的代谢起到关键的作用。
遗传和环境等因素共同导致了不同人群的N-乙酰转移酶2活性的巨大差异。目前,高达30%的药物具有芳胺和杂环胺类结构,从而对临床用药提出了巨大的挑战。同时,国内外大量研究证明N-乙酰转移酶2不仅与多种肿瘤有关,而且类风湿性关节炎,糖尿病等多种疾病相关。因此,简单准确的检测N-乙酰转移酶2的活性,对人类的健康至关重要。
目前,检测N-乙酰转移酶2的方法主要有高压液相色谱(HPLC),放射性元素标记和聚合酶链式反应(PCR)等,这些方法主要缺点是耗时长,成本高,操作复杂。
荧光检测简便,灵敏快捷(Chem.Commun.2010,46,7121)。然而该荧光探针波长为580nm,研究中发现相对于生物应用波长较短,具有较强的背景荧光。因此,开发吸收和发射波长都在近红外区域的荧光探针用于检测N-乙酰转移酶2的活性对于临床疾病早期诊断,个性化给药和新药研发过程中药代动力学的研究具有重要的意义。
发明内容
本发明的发明人经大量的母体化合物的筛选,并对筛选获得的母体化合物进行适当的化学修饰后,获得一类化合物。该类化合物的吸收和发射波长都在近红外区域,且基本没有背景荧光干扰,可用作检测NAT2活性的荧光探针。
本发明的一个目的在于,提供一种用于检测NAT2活性的荧光探针。
本发明所述的荧光探针为式Ⅰ所示化合物,或其在药学上可接受的盐:
式Ⅰ中,R1和R2分别独立选自:亲水基团或亲水阴离子基团中一种;R3和R4分别独立选自:C1~C4直链或支链的烷基中一种;R5~R9分别独立选自:氢(H)、C1~C4直链或支链的烷基、C1~C4直链或支链的烷氧基或氨基(-NH2)中一种,且R5~R9中至少有一个为-NH2;X为O、S或NH。
本发明另一个目的在于,提供一种制备式Ⅰ所示化合物的方法。
所述方法的主要步骤是:在有惰性气体存在及室温条件下,由式Ⅱ所示化合物与式Ⅲ所示化合物于无水有机溶剂中反应得到目标化合物(式Ⅰ所示化合物):
式Ⅱ和Ⅲ中,R1~R9及X的定义与前文所述相同,Y为Cl或Br。
其中,式Ⅱ所示化合物是已知物,可采用现有技术制备。
附图说明
图1为探针CYP1及其代谢产物N-CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的吸收和发射光谱;
其中,A)为探针CYP1及其代谢产物N-CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的吸收光谱;
B)为探针CYP1及其代谢产物N-CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的发射光谱。
图2为探针CYP2及其代谢产物N-CYP2在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的吸收和发射光谱;
其中,A)为探针CYP2及其代谢产物N-CYP2在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的吸收光谱;
B)为探针CYP2及其代谢产物N-CYP2在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的发射光谱。
图3为探针CYP3及其代谢产物N-CYP3在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的吸收和发射光谱;
其中,A)为探针CYP3及其代谢产物N-CYP3在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的吸收光谱;
B)为探针CYP3及其代谢产物N-CYP3在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)的发射光谱。
图4为探针CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)对NAT2的时间响应的光谱图;
其中,探针(CYP1)浓度为10μM,乙酰辅酶A浓度为50μM,NAT2浓度为10μg/mL,激发波长为780nm。
图5为探针CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)对NAT2的浓度响应;
其中,A)为探针CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)对不同浓度NAT2响应的光谱图;
B)为探针CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)荧光强度对NAT2浓度响应曲线。
探针(CYP1)浓度为10μM,乙酰辅酶A浓度为50μM,NAT2浓度为2.5-20μg/mL,激发波长为780nm。
图6为探针CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)对NAT1和NAT2的选择性响应曲线,
其中,探针(CYP1)浓度为10μM,乙酰辅酶A浓度为50μM,NAT1和NAT2浓度为10μg/mL,激发波长为780nm。
图7为CYP1在ICR小鼠中不同时间的活体成像(CYP1浓度为1.5mg/mL);
其中,左边小鼠为空白对照,右边为给药小鼠;
第一列为明场白光拍照,第二列为X光拍照,第三列为荧光拍照;
激发滤光片波长为770nm,发射波长为830nm。
图8为CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)对肝组织匀浆的时间和浓度响应;
其中,A)为CYP1对肝脏匀浆的时间响应;B)为CYP1对肝脏匀浆的浓度响应;探针(CYP1)的浓度为10μM,激发波长为780nm。
图9为CYP1在pH=7.5的Tris-HCl缓冲溶液中(含1%DMSO)对不同组织匀浆的响应的柱状图;
其中,探针(CYP1)浓度为10μM,组织匀浆浓度为10mg/mL,响应时间为30min,激发波长为780nm。
具体实施方式
在本发明一个优选的技术方案中,R1和R2分别独立选自:磺酸基(-SO3H),羧酸基(-COOH),磺酸阴离子基团(-SO3 -)或羧酸阴离子基团(-COO-)中一种;
更优选的技术方案是:R1为-SO3 -,R2为-SO3H。
在本发明另一个优选的技术方案中,R3和R4分别独立选自:甲基、乙基、丙基、正丁基、异丁基或叔丁基中一种。
在本发明又一个优选的技术方案中,R5~R9分别独立选自:H、甲基、乙基、丙基、正丁基、异丁基、叔丁基或-NH2中一种,且R5~R9中至少有一个为-NH2。
下面通过实例对本发明作进一步阐述,其目的在于更好的理解本发明的内容。因此,本发明的保护范围不受所举之例的限制。
在下列合成实施例中,所有用到玻璃仪器使用前均经干燥,所述的室温是指:20℃~25℃。
实施例1~6为合成实施例
探针的合成
实施例1
在25mL两口烧瓶中加入式ⅡA所示化合物(100mg,0.15mmol),对氨基苯硫酚(56mg,0.45mmol),在有氩气保护条件下,用注射器将无水DMF(5mL)加入到体系中,室温搅拌2小时。TLC跟踪反应至原料点消失,倒入大量无水乙醚中,析出固体,过滤得到固体。经硅胶柱柱层析分离(展开剂:CH2Cl2:CH3OH=5:1(v/v))得到目标化合物(式ⅠA所示化合物,简记为探针CYP1),产率40%,熔点大于300℃。
1H NMR(400MHz,DMSO-d6):δ(ppm)1.28(t,J=6.8Hz,6H),1.55(s,12H),1.85-1.86(m,2H),2.69-2.70(m,4H),4.19-4.21(m,4H),5.17(s,2H),6.30(d,J=14.4Hz,2H),6.52(d,J=8.8Hz,2H),7.00(d,J=8.4Hz,2H),7.33(d,J=8.4Hz,2H),7.65(d,J=8.4Hz,2H),7.73(s,2H),8.73(d,J=14.4Hz,2H).
13C NMR(100MHz,DMSO-d6):δ(ppm)12.6,21.0,26.3,27.7,49.2,101.9,110.6,115.5,120.3,121.2,126.7,129.0,133.9,141.0,142.1,145.9,145.9,148.3,153.4,172.0.
HRMS(ESI):理论值(calculated):C40H45N3O6S3[M-H]-758.2392,实验值(measured):759.2382。
实施例2
除以间氨基苯硫酚替换实施例1中对氨基苯硫酚外,其它条件与步骤与实施1相同,可得到式ⅠB所示化合物(简记为探针CYP2),产率41%,熔点大于300℃。
1H NMR(400MHz,CD3OD):δ(ppm)1.38(t,J=7.2Hz,6H),1.54(s,12H),2.00-2.02(m,2H),2.77(t,J=5.6Hz,4H),4.19(q,J=7.2Hz,4H),6.32(d,J=14.0Hz,2H),6.44(d,J=8.0Hz,1H),6.52(d,J=8.0Hz,1H),6.62(s,1H),6.98(t,J=8.0Hz,1H),7.31(d,J=8.4Hz,2H),7.85-7.87(m,4H),8.83(d,J=14.0Hz,2H).
13C NMR(100MHz,CD3OD):δ(ppm)12.5,22.2,27.3,28.1,40.5,50.6,102.8,111.4,113.6,114.1,116.4,121.5,128.1,131.2,135.9,138.9,142.8,143.4,144.6,148.4,150.5,154.5,174.2.
HRMS(ESI):calculated C40H45N3O6S3[M-H]-758.2392,measured:759.2376。
实施例3
除以对甲基-间氨基苯硫酚替换实施例1中对氨基苯硫酚外,其它条件与步骤与实施1相同,可得到式ⅠC所示化合物(简记为探针CYP3),产率28%,熔点大于300℃。
1H NMR(400MHz,CD3OD):δ(ppm)1.40(t,J=7.2Hz,6H),1.57(s,12H),2.05(br,5H),2.79(t,J=5.6Hz,4H),4.20(t,J=7.2Hz,4H),6.33(d,J=14.0Hz,2H),6.50(d,J=8.0Hz,1H),6.69(s,1H),6.91(d,J=8.0Hz,1H),7.33(d,J=8.0Hz,2H),7.87-7.90(m,4H),8.87(d,J=14.0Hz,2H).
13C NMR(100MHz,CD3OD):δ(ppm)17.1,22.2,27.3,28.0,30.8,40.4,50.5,102.7,111.3,113.9,116.8,121.5,122.0,128.1,132.3,135.8,135.9,142.8,143.4,144.6,148.3,148.5,155.2,174.1.
HRMS(ESI):calculated C41H47N3O6S3[M-H]-772.2549,measured:772.2571。
探针CYP1~CYP3的代谢产物的合成
实施例4
在25mL两口烧瓶中加入式ⅡA所示化合物(100mg,0.15mmol),对乙酰氨基苯硫酚(75mg,0.45mmol),在有氩气保护条件下,用注射器将无水DMF(5mL)加入到体系中,室温搅拌5小时,TLC跟踪反应至原料点消失,倒入大量无水乙醚中,析出固体,过滤得到固体。经硅胶柱柱层析分离(展开剂:CH2Cl2:CH3OH=5:1(v/v))得到目标物(探针CYP1的代谢产物,简记为N-CYP1),产率32%,熔点大于300℃。
1H NMR(400MHz,CD3OD):δ(ppm)1.38(t,J=6.8Hz,6H),1.53(s,12H),2.00-2.05(m,5H),2.79(t,J=5.4Hz,4H),4.19(q,J=6.8Hz,4H),6.34(d,J=14.0Hz,2H),7.21(d,J=8.8Hz,2H),7.32(d,J=8.0Hz,2H),7.50(d,J=8.8Hz,2H),7.87-7.85(m,4H),8.82(d,J=14.0Hz,2H).
13C NMR(100MHz,CD3OD):δ(ppm)12.5,22.2,23.8,27.3,28.1,40.5,50.6,102.9,111.5,121.5,122.3,127.9,128.2,128.3,133.2,135.8,138.3,142.7,143.5,144.5,148.1,157.8,171.6,174.2.
HRMS(ESI):calculated C42H47N3O7S3[M-H]-800.2498,measured:800.2485。
实施例5
除以间乙酰氨基苯硫酚替换实施例4中对乙酰氨基苯硫酚外,其它步骤与实施例4相同,可得到探针CYP2的代谢产物(简记为N-CYP2),产率32%。
N-CYP2的结构表征数据如下:
1H NMR(400MHz,CD3OD):δ(ppm)1.39(t,J=7.2Hz,6H),1.53(s,12H),2.04-2.07(m,2H),2.11(s,3H),2.81(t,J=6.0Hz,4H),4.21(q,J=7.2Hz,4H),6.36(d,J=14.0Hz,2H),7.03(d,J=7.6Hz,1H),7.17(d,J=8.4Hz,1H),7.24(t,J=8.0Hz,1H),7.33(d,J=8.4Hz,2H),7.79(s,1H),7.86-7.88(m,4H),8.82(d,J=14.0Hz,2H).
13C NMR(100MHz,CD3OD):δ(ppm)11.0,20.7,22.6,25.9,26.6,39.1,48.5,49.1,101.6,110.0,116.6,116.9,120.0,121.2,126.7,129.5,134.6,137.8,140.0,141.3,142.0,143.1,146.6,151.8,170.3,172.7.
HRMS(ESI):calculated C42H47N3O7S3[M-H]-800.2498,measured:800.2482。
实施例6
除以对甲基-间乙酰氨基苯硫酚替换实施例4中对乙酰氨基苯硫酚外,其它步骤与实施例4相同,可得到探针CYP3的代谢产物(简记为N-CYP3),产率26%。
N-CYP3的结构表征数据如下:
1H NMR(400MHz,CD3OD):δ(ppm)1.38(t,J=7.2Hz,6H),1.53(s,12H),2.02-2.03(m,2H),2.13(s,3H),2.15(s,3H),2.78(br,4H),4.19(q,J=7.2Hz,4H),6.33(d,J=14.0Hz,2H),7.02(d,J=8.0Hz,1H),7.15(d,J=8.0Hz,1H),7.31(d,J=8.4Hz,2H);7.49(s,1H),7.85-7.87(m,4H),8.81(d,J=14.0Hz,2H).
13C NMR(100MHz,CD3OD):δ(ppm)12.4,17.5,22.2,27.4,28.1,30.8,40.5,50.6,102.9,111.4,121.5,123.9,124.6,128.2,130.8,132.7,135.9,138.5,142.8,143.5,144.6,148.1,153.8,171.9,174.2.
HRMS(ESI):calculated C40H45N3O6S3[M-H]-814.2654,measured:814.2649。
紫外及荧光光谱的测定
实施例7
将化合物ⅠA~C(即探针CYP1、探针CYP2和探针CYP3)及其代谢物(N-CYP1、N-CYP2和N-CYP3)经真空干燥及称量后,置于10mL容量瓶中,用二甲基亚砜(DMSO)定容,配成10-3M溶液作为储液。配制成5μM的溶液然后分别测定紫外吸收光谱和荧光发射光谱。具体结果见图1-3。
由图1-3可见,化合物CYP1-3的吸收发射都在近红外区域,同时,CYP1的氨基有较好的PET淬灭效果,而CYP2和CYP3的PET相比较弱。
探针CYP1对N-乙酰转移酶2的响应的测定:
实施例8
测试体系为pH=7.5,0.05mM Tris-HCl缓冲液体系(含1%DMSO),测试温度为37℃。探针浓度设定为10μM,乙酰辅酶A(购自Sigma公司)50μM,N-乙酰转移酶2最终浓度分别为2.5,5.0,10.0,15.0,20.0μg/mL。探针加入酶后,立即用荧光分光光度计测试荧光发射光谱,每隔10min扫描一次,时间响应和浓度响应分别见图4,图5和图6。
由图4可见,探针CYP1在加入NAT2后荧光迅速增强,在30min后增长了约六倍,对NAT2有较好的时间响应,因而CYP1可以快速的检测NAT2。由图5可见,CYP1对NAT2有较好的浓度响应。由图6可见,CYP1对NAT1基本无响应,所以CYP1体现很高的选择性。
探针CYP1在ICR小鼠中的活体成像
实施例9
ICR小鼠称重25-30g,由上海实验动物研究中心提供。
CYP1探针(1.5mg/kg)通过尾静脉注射给药。Kodak In-Vivo Multispectral成像系统用于NIRF成像。激发滤光片波长为770nm,发射滤光片波长为830nm。给药10min后开始拍照。1%戊巴比妥钠用于麻醉(60mg/kg)。结果如图7所示。
由图7可见,小鼠在加入CYP1后10min,在小鼠肝部呈现明显的荧光,随后强度逐渐增强,同时面积扩大,在1h后肝部荧光逐渐减弱。在24小时后,CYP1及其产物基本代谢完毕。
实施例10
ICR小鼠麻醉后,用盐水心脏灌注,然后解剖小鼠取出肝、肺、脾、脑、舌头和肌肉等组织。然后组织称重,加入已知体积在pH=7.4的PBS缓冲溶液然后匀浆(4℃,1.3×104rpm,15min)。取上清稀释至所需浓度加到探针溶液中,测试探针对组织匀浆的荧光响应。具体结果见图8和图9。
由图8可见,探针CYP1对肝脏匀浆呈现较好的时间(8A)和浓度响应(8B)。由图9可见,在各种器官中,肝部的NAT2表达量最高,结果与活体成像效果一致。
Claims (7)
2.如权利要求1所述的荧光探针,其特征在于,其中R1和R2分别独立选自:磺酸基,羧酸基,磺酸阴离子基团或羧酸阴离子基团中一种。
3.如权利要求2所述的荧光探针,其特征在于,其中R1和R2分别独立选自:R1为磺酸阴离子基团,R2为磺酸基。
4.如权利要求1或3所述的荧光探针,其特征在于,其中R3和R4均为乙基。
5.如权利要求1所述的荧光探针,其特征在于,其中R5~R9分别独立选自:H、甲基或氨基中一种,且R5~R9中至少有一个为氨基。
6.如权利要求5所述的荧光探针,其特征在于,其中R5R6R8和R9均为H,R7为氨基;R5R6R7和R9均为H,R8为氨基;或R5R6和R9均为H,R7为甲基,R8为氨基。
7.如权利要求4所述的荧光探针,其特征在于,其中R5R6R8和R9均为H,R7为氨基;R5R6R7和R9均为H,R8为氨基;或R5R6和R9均为H,R7为甲基,R8为氨基。
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