用于硝基还原酶和羧酸酯酶检测的新型双光子ESIPT荧光探针

摘要

硝基还原酶是一类依赖于黄素腺嘌呤二核苷酸或黄素单核苷酸的细胞质酶，广泛存在于各种细胞中。肿瘤细胞缺氧可引起细胞内的硝基还原酶的水平升高。在还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸等电子供体存在时，硝基还原酶能将含硝基的芳香族化合物有效地还原成相应的氨基化合物。这种还原反应可以被应用于含硝基的芳香族化合物的生物降解以及药物的激活。与此同时该还原反应也可用来设计含硝基的荧光探针并检测实体瘤细胞的缺氧状况。羧酸酯酶属于水解酶超家族，可以催化羧酸酯的水解。这些酶广泛用于有机合成和工业生产，是重要的药物（消化系统疾病和胰腺疾病）靶标和前药激活剂。羧基酯酶主要定位于不同细胞的内质网和胞质溶胶中，并在许多药物的解毒和代谢中起重要作用。因此，检测羧酸酯酶活性对于理解其生物学功能具有重要意义。
　　本论文主要完成了如下工作：
　　1.以4-二乙胺基水杨醛，4-硝基苄基溴，水合肼等为原料，设计并合成了基于 ESIPT(Excited-state Intramolecular Proton Transfer)的硝基还原酶探针TP-NTR-1，并通过1H NMR，13C NMR及 MS对其结构进行了表征。在激发波长为413 nm的激发光激发下，该探针荧光微弱，没有明显的发射峰；将该探针与硝基还原酶共同孵育30分钟后，在相同的激发波长下，发射明亮的黄绿色荧光，其最大发射波长为520 nm.随着硝基还原酶浓度增加，探针的荧光强度也逐渐增强，线性响应范围为0-8μg/mL，检测限为0.05μg/mL。常规干扰试验表明，该探针对硝基还原酶具有较好的选择性。该探针在 pH6.5-8.0范围内荧光响应稳定，表明该探针适用于检测生理条件下的硝基还原酶。实验发现，该探针对硝基还原酶响应后释放的荧光团具有强的双光子效应，在750 nm双光子激发下，可发射黄绿色荧光（最大发射波长520 nm）。探针 TP-NTR-1被成功用于硝基还原酶的双光子细胞成像。
　　2.以对二乙胺基水杨醛，水合肼，醋酸酐等为原料，设计并合成了基于 ESIPT的羧酸酯酶探针TP-CE-1，通过1H NMR，13C NMR及 MS对其结构进行了表征。在激发波长为413 nm的激发光激发下，该探针荧光微弱，没有明显的发射峰；将该探针与共同孵育30分钟后，在相同的激发波长下，发射明亮的黄色荧光，最大的发射波长为520nm。随着羧酸酯酶浓度增加，探针的荧光强度逐渐增强，线性响应范围为0-4μg/mL，检测限为0.025μg/mL。常规干扰试验表明，该探针对羧酸酯酶具有较好的选择性。pH实验证明，在pH6.0-9.0，探针 TP-CE-1具有稳定的荧光响应，表明该探针适用于检测生理条件下的羧酸酯酶。基于相应荧光团TP-OH-1的双光子性质，探针TP-CE-1被成功用于羧酸酯酶的双光子细胞成像。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1. 2反应性小分子荧光探针概述

1.2.1影响荧光的因素

1.2.2荧光探针的基本结构

1.2.3常见的荧光基团

1.2.4 荧光分子探针的主要设计原理

1.3双光子荧光探针研究进展

1.3.1双光子荧光探针概述

1.3.2 双光子荧光探针发生作用的机理

1.3.3双光子荧光探针的种类及其发展

1.4硝基还原酶荧光探针的研究进展

1.4.1基于多米诺反应的硝基还原酶荧光探针

1.4.2基于单步硝基还原反应的硝基还原酶的荧光探针

1.5 羧酸酯酶探针的研究进展

1.5.1 羧酸酯酶探针的生物学意义

1.5.2羧酸酯酶探针的设计及应用

1.6课题的提出及研究内容

第2章 双光子硝基还原酶荧光探针的合成及性能研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1仪器与试剂

2.2.2双光子硝基还原酶荧光探针TP-NTR-1的合成

2.2.3双光子硝基还原酶荧光探针TP-NTR-1的光谱性能测试

2.3结果与讨论

2.3.1探针TP-NTR-1对硝基还原酶响应的特征紫外吸收光谱

2.3.2探针TP-NTR-1的双光子荧光光谱

2.3.3探针TP-NTR-1对硝基还原酶响应的特征荧光光谱

2.3.4 探针TP-NTR-1对硝基还原酶的响应动力学

2.3.5探针对硝基还原酶的定量检测

2.3.6探针TP-NTR-1对硝基还原酶的选择性

2.3.7探针TP-NTR-1在不同pH值下对硝基还原酶的响应

2.3.8探针TP-NTR-1的细胞毒性研究

2.3.9探针TP-NTR-1对硝基还原酶的响应机理

2.3.10 探针TP-NTR-1的细胞成像研究

2.4小结

第3章 新型羧酸酯酶荧光探针的合成及性能研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1仪器与试剂

3.2.2羧酸酯酶探针TP-CE-1的合成

3.2.3羧酸酯酶探针TP-CE-1的光谱性能测试

3.3结果与讨论

3.3.1探针TP-CE-1对羧酸酯酶响应的特征紫外吸收光谱

3.3.1探针TP-CE-1的双光子荧光光谱

3.3.3探针TP-CE-1对羧酸酯酶光谱响应的特征荧光光谱

3.3.4探针TP-CE-1对羧酸酯酶的响应动力学

3.3.5探针TP-CE-1对羧酸酯酶的定量检测

3.3.6探针TP-CE-1对羧酸酯酶的选择性

3.3.7探针TP-CE-1在不同pH值下对羧酸酯酶的响应

3.3.8探针TP-CE-1的细胞毒性研究

3.3.9探针TP-CE-1对羧酸酯酶响应的机理

3.3.10探针TP-CE-1对羧酸酯酶的细胞成像

3.4小结

总结

参考文献

附录A 部分化合物谱图

已发表的论文

致谢