检测生物硫醇的荧光分子探针的构建及其应用

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背景谷胱甘肽(GSH)、同型半胱氨酸(Hcy)和半胱氨酸(Cys)这些胞内生物硫醇,在维持控制氧化还原稳态和蛋白质的高级结构方面起着关键作用。如,Cys水平异常会引致水肿等。此外,血浆中Hcy升高是心血管疾病、阿尔茨海默病和骨质疏松症的危险因素。而GSH与白细胞减少、癌症、HIV感染等密切相关。因此,硫醇的重要生物学作用激发了人们对开发有用的检测硫醇的化学工具的浓厚兴趣。目的以蒽、萘为荧光基团,设计合成一系列分子探针。通过紫外-可见(UV-vis),荧光,电化学,圆二色(CD)等手段从20种氨基酸(Cys,Pro,Hcy,Arg,GSH,Lys,Glu,Gln,Ser,Asp,Phe,Leu,Ile,Gly,Val,Met,His,Ala,Trp,Thr)中特异性检测Cys、GSH、Hcy,探讨作用机理。并结合检验药品中GSH的含量与回收率和细胞毒性测试,进而筛选出检测快、选择性好、灵敏度高、毒性小的实用性荧光探针,为生物硫醇的进一步检测提供依据。方法1.探针构建:通过亲核加成、配位等化学方法制备探针,用HRMS、1H NMR等手段进行表征。2.体外研究:通过UV-vis,荧光,电化学,CD等探究氨基酸与探针相互作用的吸收和发射光谱、检测限、时间响应,循环伏安曲线变化,作用过程中的结构变化,荧光寿命变化;通过非线性最小二乘法拟合计算主客体作用的结合常数,利用电化学、CD、红外(IR)等分析验证主客体可能的作用机理。3.药品中的应用:测定探针与GSH作用的浓度标准曲线,利用线性回归方程拟合计算,得到阿拓莫兰药品中GSH含量,再检测回收率,与药典比对。4.细胞毒性评价:利用MTT法测定荧光探针24 h对HepG2细胞的毒性,筛选出毒性小的探针,和合适的药物浓度。结果1.成功制备9种化合物(HNANA,ABSA-1,ABSA-2,APA-1,APA-2,APA-3,APA-4,APA-5和APA-6),并用1H NMR、HRMS等表征其结构。2.利用体外检测发现6种荧光探针(HNANA-Cu2+,ABSA-1-Cu2+,ABSA-2-Cu2+,APA-1-Cu2+,APA-2-Cu2+和APA-3-Cu2+)对Cys、GSH、Hcy有特异性检测,反应迅速,结合常数可达10 6-11,检测限可达0.95μmol·L-1。加入生物硫醇后,发现HNANA-Cu2+和ABSA-Cu2+系列探针的UV-vis和IR光谱恢复原状,而APA-1-Cu2+,APA-2-Cu2+和APA-3-Cu2+的光谱发生变化。3.6种探针对阿拓莫兰中GSH的含量检测超过99%,回收率超过98%。4.MTT法测得6种探针在0-150μg·mL-1范围内对HepG2细胞的毒性很小。结论1.成功制备了9种探针。2.筛选出6种探针对Cys、GSH、Hcy有较高选择性和灵敏度。主客体可能的作用机理分为两种:ABSA-1-Cu2+,ABSA-2-Cu2+,HNANA-Cu2+还原为ABSA-1,ABSA-2,HNANA,释放出Cu2+与生物硫醇形成络合物;探针APA-1-Cu2+,APA-2-Cu2+,APA-3-Cu2+中Cu2+直接与生物硫醇络合。3.6种探针对阿拓莫兰药品中GSH的含量检测及回收率均达到中国药典要求,可应用于实际样品中GSH的测定。4.6种探针对HepG2细胞的毒性很小,可进一步应用于体内检测。
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