CN105949281A - 一种荧光共振能量转移探针及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种荧光共振能量转移探针及其制备方法和应用。本发明中将荧光基团7‑(N,N‑二乙基氨基)香豆素‑3‑羧酸琥珀酰亚胺酯通过能够被基质金属蛋白酶II(MMP‑2)切割的多肽链连接淬灭基团4‑[4‑(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸N‑丁二酰亚胺酯,构建荧光共振能量转移探针。以人肝癌7402细胞和人正常肝细胞LO‑2为研究对象,通过细胞成像实验检测7402和LO‑2细胞的MMP‑2表达水平。体外实验(MMP‑2,MMP‑1及其他物种对探针的荧光响应)显示了探针对MMP‑2的靶向性,细胞成像结果显示人肝癌细胞7402细胞的MMP‑2表达水平高于人正常肝细胞LO‑2。
Description
技术领域
本发明涉及肝癌细胞检测技术,具体涉及荧光共振能量转移探针及其制备方法和应用。
背景技术
肝癌的发病率在全球恶性肿瘤中占第5位,死亡率居第三位,在我国是最常见的恶性肿瘤之一。肝癌起病隐匿、发展速度快,死亡率较高,严重威胁人们的生命健康。手术切除治疗是目前最为有效的治疗方式,但是大部分患者在确诊时已是晚期,从而失去了手术治疗的机会。目前肝癌的主要筛查方法有甲胎蛋白AFP和实时超声检查,但是漏诊率高且价格昂贵。肝癌的早期诊断能够很大程度上提高患者的5年生存率。因此,发展灵敏度高、特异性强的早期诊断方法以及开发价格更为低廉、检测更加方便的荧光探针已经成为目前癌症研究的热点,这对癌症的早期诊断和预后有着重要的意义。本发明中将荧光基团7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸琥珀酰亚胺酯(Coumarin-Osu)通过能够被MMP-2切割的多肽链(GPLGVRGKGG)连接淬灭基团4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸N-丁二酰亚胺酯(Dabcyl-Osu),构建荧光共振能量转移(Fluorescence Resonance Energy Transfer,FRET)探针。通过细胞成像实验进行肝癌的检测,将有望用于肝癌的筛查、诊断和预后判断。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明提供了荧光共振能量转移探针及其制备方法和应用。
本发明的技术方案是:制备荧光共振能量转移探针的制备方法,荧光基团7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸酯连接淬灭基团4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸N-丁二酰亚胺酯,构建荧光共振能量转移探针。具体合成路线如下:
本发明的进一步改进包括:
所述荧光基团7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸酯通过能够被MMP2切割的多肽链连接淬灭基团4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸N-丁二酰亚胺酯。
本发明的另一目的在于提供按照上述方法制得的探针。
所述的探针,探针中甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-赖氨酸-(甘氨酸-甘氨酸)多肽链可被聚乙二醇等官能团修饰,是以MMP-2为靶向的FRET荧光探针。
本发明进一步提供了上述的探针在制备检测肝癌药物中的应用。
本发明进一步提供了上述的探针在制备检测肝癌试剂中的应用。
综上所述,本发明证明了以MMP-2为靶向的FRET荧光探针能够对人正常肝细胞LO-2和人肝癌7402细胞进行荧光识别,该探针在生物检测、细胞组织成像乃至活体研究方面表现出潜在的应用前景。
附图说明
图1以MMP-2为靶向的荧光探针的ESI-MS谱图。
图2以MMP-2为靶向的荧光探针的HPLC谱图。
图3探针对MMP-2的荧光响应。
图4 MMP-2、MMP-1及其他相关物种对探针的荧光响应。
图5a是人肝癌7402细胞的荧光图。
图5b是人肝癌7402细胞的明场。
图5c是人肝癌7402细胞的叠加图。
图5d是人正常肝细胞LO-2的荧光图。
图5e是人正常肝细胞LO-2的明场。
图5f是人正常肝细胞LO-2的叠加图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
实施例
1 材料与方法
1.1 细胞系及培养条件
人肝癌细胞7402和人正常肝细胞LO-2购自中科院上海细胞库,用含10%FBS和青/链霉素(青霉素100U/mL,链霉素100μg/mL)的RPMI-1640培养基,于37℃、5%CO2细胞培养箱中培养。
1.2 主要试剂和材料
4-(N,N-二乙基氨基)水杨醛,1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、石油醚(60-90℃)、四氢呋喃(THF)、色谱纯二甲基亚砜(DMSO)等。其余所用化学试剂均为分析纯。DMEM培养基、胎牛血清(FBS)、胰蛋白酶、青霉素、链霉素等均有商业途径获得。
1.3 主要仪器
紫外可见分光光度计(UV-2550,日本岛津公司),荧光光谱仪(FS5,爱丁堡公司,英国),磁力加热搅拌器(78-1,常州国华电器有限公司),AscendTM400核磁共振波谱仪(Bruker,美国),Microtof-QIIITM质谱仪(Bruker,美国),精密pH计(上海雷磁仪器厂),高速台式冷冻离心机(Heraeus,德国),CO2细胞培养箱(SHELLAB5215-2,美国),多功能电子天平(FA1004A,上海精天电子仪器有限公司),-80℃超低温冰箱(702REL#3,Forma公司,美国),超净工作台(SW-CJ-1F,苏州净化设备有限公司),恒温振荡培养箱(SD-1238HA2-B,上海福玛设备有限公司),共聚焦显微镜(FV10SW,Olympus,日本)。
1.4 荧光探针的制备
1.4.1 7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸琥珀酰亚胺酯(产物3)的制备
将3.8648g 4-(N,N-二乙基氨基)水杨醛(化合物1,0.02mol,分子量=193.24)、6.4068g丙二酸二乙酯(0.04mol,分子量=160.17)和2mL哌啶溶解于60mL无水乙醇,回流6小时。旋蒸除去乙醇溶剂,再加入60mL 10%NaOH溶液,回流15分钟。冷却到室温,反应液用pH=2的盐酸在冰浴的条件下酸化,得到桔黄色晶状沉淀。过滤,洗涤,真空干燥,得到4.1652g的7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸(化合物2),产率79.71%。Rf=0.6(乙酸乙酯)。m.p.:220-221℃。
0.2876g的EDC(1.5mmol)、0.1611g的NHS(1.4mmol)溶于4mL的DMF中。0.2560g的香豆酸(0.98mmol)也溶于4mL的DMF中,逐滴加入到上述溶液中。室温搅拌48小时,倒到150mL冰水中,抽滤,得到0.3060g的化合物3,产率87.13%。1H NMR(DMSO-d6,400MHz):δ8.800(1H,s),7.729(1H,d),6.854(1H,d),6.602(1H,s),3.530(4H,q),2.873(4H,s),1.158(6H,t).ESI-MS:理论值[M+Na]+:381.1063,实测值:381.1073;理论值[2M+Na]+:739.2227,实测值739.2224.
1.4.2 以MMP-2为靶向的FRET荧光探针(化合物9)的制备
以MMP-2为靶向的FRET荧光探针的制备过程如式1所示。首先通过偶联和去保护反应制备化合物4,Fmoc肽在DMF/DIEA溶液在TBTU催化下通过标准固相多肽合成化合物5。化合物5通过Fmoc-Gly-OH、Fmoc-Lys(dde)-OH、Fmoc-Val-OH、Fmoc-Arg(pbf)-OH、Fmoc-Pro-OH和Fmoc-Leu-OH系列反应后,再与Dabcyl-Osu反应4小时,得到化合物6。然后,加入5%的水合肼的DMF溶液,再与化合物3反应4小时,得到化合物7。通过以TFA/TIS/H2O(95:5:5)试剂裂解化合物7,得到化合物8。化合物8再与氨基修饰的水溶性的PEG通过EDC/NHS反应偶联,得到以MMP-2为靶向的FRET荧光探针(化合物9)。
化合物1-9的具体为:
化合物1:4-(N,N-二乙基氨基)水杨醛
化合物2:7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸
化合物3:7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸琥珀酰亚胺酯
化合物4:甘氨酸-氯化三苯甲基树脂
化合物5:甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸(2,2,4,6,7-五甲基二氢苯并呋喃-5-磺酰基)-甘氨酸-赖氨酸-(甘氨酸-甘氨酸-氯化三苯甲基树脂)-2-(4,4-二甲基-2,6-二羰基环己亚基)甲基
化合物6:4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸-甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸(2,2,4,6,7-五甲基二氢苯并呋喃-5-磺酰基)-甘氨酸-赖氨酸-(甘氨酸-甘氨酸-氯化三苯甲基树脂)-2-(4,4-二甲基-2,6-二羰基环己亚基)甲基
化合物7:4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸-甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸(2,2,4,6,7-五甲基二氢苯并呋喃-5-磺酰基)-甘氨酸-赖氨酸-(甘氨酸-甘氨酸-氯化三苯甲基树脂)-7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸
化合物8:4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸-甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-赖氨酸-(甘氨酸-甘氨酸)-7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸
化合物9:4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸-甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-赖氨酸-(甘氨酸-甘氨酸-聚乙二醇)-7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸
式1以MMP2为靶向的FRET荧光探针即化合物9的制备
1.5 MMP-2,MMP-1及其他物种对MMP-2靶向探针的响应
1.5.1 MMP-2的激活及荧光响应
将75μL APMA(5mM)和75μL MMP-2(160mM)混合并于37℃反应3小时,以激活MMP2的活性。然后将150μL已激活的MMP-2(80mM)加入到150μL探针溶液中(20μM)于37℃反应180分钟。每次测试后混合溶液立即放于恒温振荡器中。
1.5.2 MMP-1的激活及荧光响应
将75μL APMA(5mM)和75μL MMP-1(160mM)混合并于37℃反应3小时,以激活MMP-1的活性。然后将150μL已激活的MMP-1(80mM)加入到150μL探针溶液中(20μM)于37℃反应180分钟。每次测试后混合溶液立即放于恒温振荡器中。
1.5.3 MMP-2的选择性实验
MMP-2(10nM)及其他相关的可能引起干扰的生物学物种如MMP-1(10nM),Mg2+,Na+,Fe3+,Cu2+,L-cysteine,L-tyrosine,L-glutathiose,NO3 -,ClO4 -,Cl-和Br-(都是10mM)与20nM的探针在37℃反应3小时,之后于荧光仪上开始检测。
1.6 细胞成像
将MMP-2为靶向的荧光探针溶于PBS缓冲溶液中,配成2μM的探针溶液。将人肝癌细胞7402,人正常肝细胞LO-2接种到共聚焦培养皿中,当细胞饱和度超过80%后,加入探针溶液,放入CO2培养箱孵育3小时,然后用预冷的PBS溶液洗3次,接下来每个孔都加入1mL的PBS缓冲溶液,最后于共聚焦显微镜下观察荧光。
2.结果
2.1 以MMP-2为靶向的荧光探针的表征
制备的MMP-2荧光探针通过电喷雾质谱(ESI-MS)和高效液相色谱法(HPLC)表征(图1和图2)。高效液相色谱法(HPLC)表明探针在11.287分钟出峰,纯度为95.7512%。
2.2 MMP-2,MMP-1及其他物种对靶向MMP-2探针的响应
2.2.1 MMP-2对探针的响应
为了探讨MMP-2对探针的荧光响应,测试了MMP-2和探针作用时随着时间变化的荧光光谱。如图3所示,开始时探针在480nm处的荧光很弱。然而,随着反应时间延长,探针的荧光强度明显增强,在反应时间约3小时时荧光强度约增加了10倍并趋于平衡。
2.3 MMP-2的选择性
如图4所示,MMP-2探针(20nM)与其他相关的生物学物种如MMP-1(10nM)、Mg2+、Na+、Fe3+、Cu2+、L-cysteine、L-tyrosine、L-glutathiose、NO3 -、ClO4 -、Cl-和Br-(都是10mM)孵育3小时后,其荧光光谱没有明显的变化,基本没有响应,只有MMP2的荧光明显增加,增强了约10倍。
2.4 细胞成像结果
将人正常肝细胞LO-2和人肝癌7402细胞分别与荧光探针在37℃孵育3小时后,于共聚焦显微镜下观察细胞成像。如图5所示,图5A-C:人肝癌7402细胞的荧光图、明场和叠加图;图5D-F:人正常肝细胞LO-2的荧光图、明场和叠加图。人肝癌7402细胞表现出强烈的绿色荧光,而人正常肝细胞LO-2几乎没有荧光,说明人肝癌7402细胞中的MMP-2高于人正常肝细胞LO-2。
3.结论
肝癌是最常见的癌症之一,严重威胁着人类的健康。肝癌的发生发展是多因素、多途径、多阶段、长时间作用的结果。导致肝癌发生的危险因素主要是肝硬化,HBV、HCV病毒感染、酗酒、吸烟、黄曲霉毒素、氯乙烯、糖尿病和遗传疾病等,研究显示这些因素均显著提升肝癌的风险。
MMP-2位于人类染色体16q21,由13个外显子和12个内含子组成,结构基因总长度为72kD,是MMPs家族中的一个重要成员,也称IV型胶原酶或明胶酶,是一种锌离子依赖的蛋白水解酶,MMP-2的作用底物主要为IV型胶原,其次还有V、VII、IX、X型胶原及纤维连接素和弹性蛋白等,被认为在肿瘤转移机制中发挥着重要作用。MMP-2能够降解多种细胞外基质,在人体内发挥着重要的生理和病理学功能。正常条件下,MMP-2的表达较低,而在炎症刺激或病理条件下其表达才会升高,参与恶性肿瘤侵袭及转移、炎症、急性冠状动脉综合征、类风湿关节炎等多种疾病。大量研究结果显示MMP-2的高表达与肝癌相关,且其表达水平与肿瘤的恶性程度有密切的关系,参与肿瘤的侵袭与转移,癌细胞的增殖等过程。
本发明中通过体外实验,分别测试了MMP-2,MMP-1等物种对探针的荧光响应。当激活的MMP-2与探针作用时,随着时间的变化,荧光不断增强,在3小时左右趋于平衡。而同样条件下,当MMP-1与探针相互作用时,随着时间的增强,荧光几乎没有变化。其他生物学相关离子与探针反应3小时,荧光几乎无变化。上述结果显示探针只对MMP-2有响应,而对其他物种几乎没有响应。进行了以MMP-2为靶向的FRET荧光探针对人肝癌7402细胞和正常人肝细胞LO-2的细胞成像实验。人肝癌7402细胞表现出强烈的绿色荧光,而人正常肝细胞LO-2几乎没有荧光,表明人肝癌7402细胞中的MMP-2高于人正常肝细胞LO-2。上述结果说明本发明所制备的以基质金属蛋白酶II(MMP-2)为靶向的PEG修饰的荧光共振能量转移探针可用于检测肝癌细胞。
综上所述,本发明证明了以MMP-2为靶向的FRET荧光探针能够对人正常肝细胞LO-2和人肝癌7402细胞进行荧光识别,该探针在生物检测、细胞组织成像乃至活体研究方面表现出潜在的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.制备荧光共振能量转移探针的制备方法,其特征在于,其合成路线如下式所示:
2.制备荧光共振能量转移探针的制备方法,其特征在于,将荧光基团7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸琥珀酰亚胺酯连接淬灭基团4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸N-丁二酰亚胺酯,构建荧光共振能量转移探针。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述荧光基团7-(N,N-二乙基氨基)香豆素-3-羧酸琥珀酰亚胺酯通过能够被MMP-2切割的多肽链连接淬灭基团4-[4-(二甲基氨基)苯偶氮]苯甲酸N-丁二酰亚胺酯。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,探针中甘氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸-缬氨酸-精氨酸-甘氨酸-赖氨酸-(甘氨酸-甘氨酸)多肽链可被聚乙二醇等官能团修饰。
5.按照权利要求1-4任一项所述方法制得的探针。
6.根据权利要求5所述的探针,其特征在于,是以MMP-2为靶向的FRET荧光探针。
7.如权利要求5所述的探针在制备检测肝癌药物中的应用。
8.如权利要求5所述的探针在制备检测肝癌试剂中的应用。
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2016
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |