CN105061557A - 一种用于dpp-4检测的多肽及包含该多肽的荧光探针 - Google Patents
一种用于dpp-4检测的多肽及包含该多肽的荧光探针 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于DPP-4检测的多肽及包含该多肽的荧光探针。该荧光探针由特异性识别DPP-4的多肽与聚集诱导发光分子连接而成，多肽的氨基酸序列为：谷氨酸-脯氨酸-苯丙氨酸-赖氨酸，聚集诱导发光分子与多肽中的赖氨酸相连。由于多肽N端第二位含有脯氨酸，使得该荧光探针中的多肽能被DPP-4特异性识别，切断该多肽；该荧光探针本身基本无荧光吸收，但当其失去N端二肽时，则会产生明显的荧光吸收，从而能对DPP-4活性进行特异性的实时检测。
Description
技术领域
本发明属于药物筛选与评价方法领域，具体涉及一种用于DPP-4检测的多肽及包含该多肽的荧光探针。
背景技术
肠促胰岛素(incretin)是一类在肠道生成的具有促胰岛素分泌作用的多肽类激素，它不仅能刺激胰岛素分泌，还有抑制餐后胰高血糖素分泌、延缓肠排空、抑制食欲、增强胰岛素敏感性等作用。肠促胰岛素包括了胰高血糖素样肽-1(GLP-1)和葡萄糖依赖性促胰岛素分泌多肽(GIP)，二者对促进胰岛素释放及胰腺外调节胰岛素水平显示出诸多优点。然而GLP-1和GIP在体内很快被DPP-4水解，且水解产物影响其生理功能的发挥，使得二者无法在临床上得到很好的应用。
DPP-4是一种丝氨酸肽酶，可特异性识别肠促胰岛素N端第二位的脯氨酸(proline)或丙氨酸(alanine)，并切断N端2个氨基酸，使肠促胰岛素失活，从而影响肠促胰岛素的生理作用，进而影响糖尿病的发生发展。研究表明，DPP-4活性与糖尿病的发生发展有着密切关系，DPP-4抑制剂可降低DPP-4的催化活性，抑制肠促胰岛素水解，从而提升肠促胰岛素的浓度，取得改善血糖、保护β细胞功能的效果。
目前常用的DPP-4抑制剂筛选方法有以甘氨酸-脯氨酸-7-氨基-4甲基香豆素为底物的荧光底物法和以甘氨酰脯氨酸对硝基苯胺为底物的发色底物法。由于这些方法对反应时间、样品处理要求较高，需反复验证或通过其它方法相互验证，难以直接测定得到DPP-4活性，而且这些方法均不能用于DPP-4的细胞实时成像研究。
近年来，具有聚集诱导发光(Aggregation-inducedemission,AIE)效应的荧光探针逐渐兴起，这类探针可有效地避免传统荧光材料存在的聚集态荧光减弱甚至猝灭的现象，为设计高荧光量子产率的固态材料提供了一种新思路。
申请号为201510108446.0的专利文献公开了一种具有聚集诱导发光特性的荧光探针及其制备方法和应用。该荧光探针由特异性识别SIRT1蛋白的多肽与聚集诱导发光分子连接而成，多肽的氨基酸序列为：甘氨酸-乙酰化赖氨酸-酪氨酸-天冬氨酸-天冬氨酸，聚集诱导发光分子与多肽中的甘氨酸相连。由于多肽的特定位置上含有乙酰化赖氨酸，使得该荧光探针中的多肽能被SIRT1蛋白特异性识别，从而SIRT1蛋白对该多肽进行去乙酰化修饰；该荧光探针本身基本无荧光吸收，但当其失去赖氨酸上的乙酰基时，则会产生明显的荧光吸收，进一步地利用内切酶从赖氨酸位置将多肽剪断时，其荧光吸收强度进一步增强，从而能对SIRT1蛋白活性进行特异性的实时检测。
目前尚未见能特异性地识别DPP-4并对其进行活性检测的AIE荧光探针的相关报道。
发明内容
本发明提供了一种用于DPP-4检测的多肽以及包含该多肽的荧光探针，利用该荧光探针可以特异性识别DPP-4并对其进行活性检测。
一种多肽，所述多肽的氨基酸序列为：EPFK。由于多肽N端第二位含有脯氨酸，能被DPP-4特异性识别，从而能使DPP-4水解该多肽。
一种具有聚集诱导发光特性的荧光探针，由上述多肽与聚集诱导发光分子连接而成，所述聚集诱导发光分子与所述多肽中的赖氨酸相连。
本发明的荧光探针以聚集诱导发光分子为母核，母核上连接亲水性的多肽，从而形成能特异性检测DPP-4的荧光探针。该荧光探针本身荧光很弱，但当其N端二肽被切断时，则会产生明显的荧光吸收，从而能对DPP-4活性进行特异性的实时检测。
作为优选，所述聚集诱导发光分子包含由至少一个四苯乙烯分子构成的基本骨架。当基本骨架中含有多个四苯乙烯分子时，多个四苯乙烯分子之间通过分子间相互作用聚集。
作为优选，所述荧光探针的结构式如式(Ⅰ)所示：
本发明还提供了一种所述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)通过固相多肽合成反应合成上述的多肽；
(2)以4-羟基二苯酮和二苯酮为原料制备化合物A：
具体地，步骤(2)包括：4-羟基二苯酮与二苯酮以四氢呋喃为溶剂在锌粉与四氯化钛催化下加热回流(85℃)发生麦克默里反应，经硅胶色谱分离制备得到化合物A。
(3)在碳酸盐存在下，利用卤代乙酸乙酯与化合物A进行取代反应，获得化合物B：
碳酸盐作为催化剂夺取化合物A酚羟基上的氢离子，以便使该氢离子能更快更容易地与卤代乙酸乙酯反应，若缺失碳酸盐，反应将会进行得十分缓慢。
作为优选，碳酸盐可选用碳酸钾或碳酸钠。
作为优选，化合物A、卤代乙酸乙酯、碳酸盐的摩尔比为1：1.2～1.4：1.2～1.4，在100～120℃之间回流24h进行取代反应。
(4)对化合物B进行还原获得化合物C：
作为优选，利用氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂等强碱对化合物C进行还原。
反应时，将化合物B先溶于四氢呋喃中制成B溶液(浓度为0.074mol/L～0.082mol/L)，强碱先溶于水中制成强碱溶液(浓度为3.6mol/L～4.0mol/L)，然后B溶液与强碱溶液在四氢呋喃环境下混合反应，混合比例优选为2.2～2.3：1(v/v)。
(5)利用步骤(1)所述的多肽与化合物C进行固相多肽合成反应，获得如式(Ⅰ)的荧光探针。
化合物C中的羧基与多肽中赖氨酸的氨基发生脱水缩合反应，获得本发明的荧光探针。
本发明还提供了所述荧光探针在DPP-4活性检测中的应用。
本发明还提供了所述荧光探针在DPP-4抑制剂筛选中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的荧光探针能够特异性地识别DPP-4，DPP-4能特异性地切断荧光探针中N端的谷氨酸-脯氨酸，从而使本身基本无荧光吸收的荧光探针在450nm下产生明显的荧光吸收，实现对DPP-4活性的特异性检测，还能进一步用于筛选DPP-4抑制剂。
附图说明
图1为本发明一种具有聚集诱导发光特性的荧光探针的合成流程图。
图2为实施例1中化合物C和荧光探针的荧光光谱分析结果图，其中，TPE-COOH表示化合物C，TPE-KFPE表示荧光探针。
图3为实施例2中荧光探针检测DPP-4活性的荧光光谱分析结果图。
图4为本发明荧光探针检测DPP-4的原理图。
图5为抑制剂浓度与其对DPP-4抑制效应的量效关系图。
图6A为在DPP-4抑制剂存在下荧光探针染色后的细胞荧光图像；
图6B为在DPP-4抑制剂存在下经荧光探针染色后细胞的相对荧光强度检测结果；
其中，Control(正常组)为正常3T3-L1前脂肪细胞，抑制剂组为DiprotinA刺激的3T3-L1前脂肪细胞。
图7为荧光探针对DPP-4的检测灵敏度考察结果。
图8为与其他蛋白相比，荧光探针对DPP-4的胞外检测特异性考察结果，其中，(I-I0)/I0表示(样品荧光值-本底荧光值)/本底荧光值。
图9为荧光探针对细胞毒性测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1具有AIE特性的荧光探针合成
本实施例一种具有AIE特性的荧光探针的合成方法，其合成流程如图1所示，包括：
(1)通过固相多肽合成反应单独合成多肽链，多肽链的序列为谷氨酸-脯氨酸-苯丙氨酸-赖氨酸；
(2)将4-羟基二苯酮(1.9g，10mmol)与二苯酮(2.2g，12mmol)与锌粉(2.9g，44mmol)加入250ml三口烧瓶中，抽气，通氮气，重复三次；加入80mlTHF(四氢呋喃)，0℃冰水浴30min；在冰水浴下滴加四氯化钛(2.4ml，22mmol)，回流过夜，旋干；加入适量二氯甲烷和稀盐酸进行萃取，取下层有机层，利用无水硫酸镁进行干燥，过滤，旋干，过硅胶柱色谱，先用石油醚：乙酸乙酯＝20：1溶剂冲洗，再用石油醚：乙酸乙酯＝8：1溶剂冲洗，收集8：1冲洗下来的部分，旋干，得到化合物A(1.0g)；
(3)取化合物A(1.0g)加入圆底烧瓶，再加入溴乙酸乙酯0.4ml与碳酸钾0.5g，再加入乙腈，搅拌，升温至110℃，回流24h，过滤，旋干溶剂，过硅胶柱色谱，先用石油醚冲洗，再用石油醚：乙酸乙酯＝20：1溶剂冲洗；收集20：1冲洗下来的部分，旋干，得到化合物B(约0.7g)；
(4)向化合物B中加入THF28ml，加入氢氧化钠2g(事先用12ml水溶解)，反应24h，旋干THF，用二氯甲烷溶解，再加入稀盐酸，萃取，取有机相，旋干，得到化合物C(0.4g，TPE-COOH)；
(5)将多肽链的赖氨酸N端氨基与化合物C进行固相多肽合成反应，得到化合物D即本实施例的荧光探针TPE-KFPE。将TPE-COOH和TPE-KFPE溶于HEPES(pH7.0)缓冲液中分别制成浓度为10μM的溶液，分别对两种溶液进行荧光光谱分析，设定激发波长为320nm，得到光谱图如图2所示。
从图2中可以看出，TPE-COOH在470nm处由于聚合诱导发光效应产生明显的荧光吸收，而新合成的荧光探针TPE-KFPE则基本无荧光吸收。
实施例2荧光探针TPE-KFPE在DPP-4活性检测中的应用
荧光探针TPE-KFPE检测DPP-4活性
样品组1：加入5μLTPE-KFPE(1mM)；
样品组2：加入25μLDPP-4(100mU/mL)、5μLTPE-KFPE(1mM)；
样品组3：加入25μLDPP-4(100mU/mL)、5μLTPE-KFPE(1mM)、2.5μL抑制剂DiprotinA(1mM)；
三个样品组均在37℃孵育下反应30min。反应结束后采用JASCOFP-6500分光光度计测量320nm激发下，400nm到600nm的荧光光谱。
检测结果如图3所示。
由图3可见，DPP-4加入前，体系中仅含荧光探针，荧光强度较低；而DPP-4加入后，体系的荧光强度急速上升；当体系中加入DPP-4抑制剂DiprotinA后，体系的荧光强度降低。
这是因为，荧光探针TPE-KFPE本身基本无荧光吸收，但当DPP-4加入后，DPP-4切断荧光探针中多肽N端两个氨基酸，使得四苯乙烯骨架产生了荧光吸收。在DiprotinA存在下，DPP-4的活性受到抑制，无法水解多肽，从而四苯乙烯骨架的荧光吸收降低，体系的荧光强度也降低(如图4)。
实施例3荧光探针TPE-KFPE在筛选DPP-4抑制剂中的应用
(1)荧光探针TPE-KFPE在筛选DPP-4抑制剂中的应用
取1μL荧光探针TPE-KFPE(1mM)，加入5μLDPP-4(100mU/mL)和一定体积不同浓度DiprotinA母液(使得DiprotinA终浓度为0.005，0.025，0.05，0.1，0.2，0.5，5，10，20，50，100μM)，以缓冲液HEPESpH7.0补齐至100μL，37℃孵育30min后用Tecan酶标仪测量，设定Ex为320nm(±25nm)，Em为450nm(±25nm)。
检测结果见图5。
由图5可见，随着DiprotinA浓度的提高，DiprotinA对DPP-4的抑制效应也逐渐增加；表明荧光探针TPE-KFPE能较好地反映抑制剂对DPP-4的抑制作用，可用于DPP-4抑制剂的筛选。
(2)荧光探针TPE-KFPE在基于细胞荧光图像的DPP-4抑制剂筛选中的应用
取终浓度为50μM的荧光探针TPE-KFPE，加入离体培养的3T3-L1前脂肪细胞，孵育1小时后，洗去培养液，采用NikonA1R显微镜，DAPI通道拍摄细胞荧光图像，结果如图6A和图6B所示。
已知DiprotinA为DPP-4的抑制剂，从图6A和图6B中可以看出，在细胞层面上，荧光探针TPE-KFPE能够较好地反映DPP-4的抑制。
实施例4荧光探针TPE-KFPE对DPP-4的检测灵敏度考察
取20μL荧光探针TPE-KFPE(50μM)，不同浓度DPP-4(终浓度分别为0.1，0.2，0.3，1，5，20mU/mL)，以缓冲液HEPESpH7.0补齐至100μL，37℃孵育30min后用Tecan酶标仪测量，设定Ex为320nm(±25nm)，Em为450nm(±25nm)。
检测结果见图7。
由图7可见，荧光探针TPE-KFPE对DPP-4的线性检测范围为0.1-0.4mU/mL，检测限为0.1mU/mL。
实施例5荧光探针TPE-KFPE对DPP-4的检测特异性考察
在1μL荧光探针TPE-KFPE(1mM)中，加入终浓度均为5mU/mL的DPP-4、人血清白蛋白、牛血清白蛋白、胶原酶I、胶原酶II、细胞色素C和溶菌酶，以缓冲液HEPESpH7.0补齐至100μL，37℃孵育30min后用Tecan酶标仪测量，设定Ex为320nm(±25nm)，Em为450nm(±25nm)。
检测结果见图8。
由图8可见，除DPP-4组的信号较强外，其他对照组的信号均较弱，表明荧光探针TPE-KFPE仅能被DPP-4特异性识别并经DPP-4切断N端二肽后产生荧光吸收，荧光探针TPE-KFPE对DPP-4具有较强的检测特异性。
实施例6荧光探针TPE-KFPE的细胞毒性测试
取终浓度为10，30和50μM的TPE-KFPE，加入到离体培养3T3-L1前脂肪细胞中，孵育24小时后，用MTT法检测细胞活性。
检测结果见图9。
由图9可见，当荧光探针TPE-KFPE浓度小于50μM时，24小时内对细胞无毒性。
Claims (8)
1.一种多肽，其特征在于，所述多肽的氨基酸序列为：EPFK。
2.一种具有聚集诱导发光特性的荧光探针，其特征在于，由权利要求1所述的多肽与聚集诱导发光分子连接而成，所述聚集诱导发光分子与所述多肽中的赖氨酸相连。
3.如权利要求2所述的荧光探针，其特征在于，所述聚集诱导发光分子包含由至少一个四苯乙烯分子构成的基本骨架。
4.如权利要求3所述的荧光探针，其特征在于，其结构式如式(Ⅰ)所示：
5.如权利要求4所述荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过固相多肽合成反应合成权利要求1所述的多肽；
(2)以4-羟基二苯酮和二苯酮为原料制备化合物A：
(3)在碳酸盐存在下，利用卤代乙酸乙酯与化合物A进行取代反应，获得化合物B：
(4)对化合物B进行还原，获得化合物C：
(5)利用步骤(1)所述的多肽与化合物C进行固相多肽合成反应，获得如式(Ⅰ)的荧光探针。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，利用强碱对化合物B进行还原。
7.如权利要求2～4任一所述荧光探针在DPP-4活性检测中的应用。
8.如权利要求2～4任一所述荧光探针在DPP-4抑制剂筛选中的应用。
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