荧光探针点亮的生命科学世界 湖南大学张晓兵教
荧光探针点亮的生命科学世界 湖南大学张晓兵教授和谭蔚泓院士课题组Chem. Soc. Rev.: 小分子荧光探针在癌症成像中的应用
tt 1年前 (2018-09-17) 4835浏览
【引言】
根据WHO公布的数据，到2035年，全球将会产生2400万个癌症新病例以及1450万个癌症相关死亡。在这些癌症相关的死亡中，有大约30%的患者是可以通过早期诊断挽救的，因此也说明了癌症早期诊断和靶向治疗在提高患者存活率中的重要性。
癌症相关生物标记物的检测在临床诊断上有广泛的应用。在这些癌症相关的生物标记物中，酶因为在许多生理、病理和药理过程中的重要作用而受到了广泛的关注。前期的研究也已经证明酶活性的异常与多种癌症息息相关：谷氨酰转肽酶在肝癌等多种癌症中有很高表达；碱性磷酸酶在骨癌中活性显著增加。因此，这些酶在肿瘤细胞中的定位以及表达水平对癌症的早期诊断和治疗疗效有很大的影响。很多成像技术已经被开发且被应用到这类酶的检测和成像中，比如磁共振成像(MRI)、核成像、正电子发射断层成像(PET)和荧光成像。每一种成像技术都不可替代，并在灵敏度、成像深度和分辨率上都有自己的特点。MRI在活细胞中对低含量的酶缺乏足够的特异性和灵敏度；SPECT和PET具有较高的灵敏度，但分辨率却不尽如人意。
基于小分子荧光探针的荧光成像技术已被广泛用于活细胞多个动态过程的可视化和量化中，可实现高灵敏度和快速无损的实时检测。小分子荧光探针因为结构的可修饰性，因此可以订制各种各样的探针来实现细胞和活体内原生环境中酶的实时检测和成像。
【成果简介】
近日，湖南大学张晓兵教授（通讯作者）和谭蔚泓院士课题组在Chem. Soc. Rev.上，发表了题为"Recent Progress in Small-Molecule Enzymatic Fluorescent Probes for Cancer Imaging"的综述。
在这篇综述中，作者总结了针对酶的小分子荧光探针在癌症成像中的发展。文章首先阐述了小分子荧光探针在癌细胞中传感和成像的优势，以及强调了小分子荧光探针在癌细胞酶活性检测和成像中的应用和设计策略。随后，作者讨论了小分子酶荧光探针在临床上的应用和性能，并进一步重点介绍了这个新兴领域的挑战和机会。
【图文导读】
1.小分子酶荧光探针的设计思路
大多数小分子酶荧光探针的设计是基于与酶活性部位的特异性作用，活性部位包括催化位点和结合位点。根据探针与酶作用的机理，小分子酶荧光探针可分为基于底物的小分子酶荧光探针和非基于底物的小分子酶荧光探针。基于底物的小分子酶荧光探针是将底物与荧光团相连，与酶作用后光谱性质发生变化；非基于底物的小分子酶荧光探针由三部分组成：以共价方式和非共价方式可与酶活性位点结合的基团，荧光团和两者之间的连接物。
Figure 1.基于底物的小分子酶荧光探针的结构与机理
Figure 2.非基于底物的小分子酶荧光探针的结构与机理
Figure 3.共价结合和非共价结合的非基于底物的小分子酶荧光探针
为了使荧光信号（波长或者强度）在目标酶的作用下发生变化，多种信号转化机理被应用在酶探针作用当中，比如分子内电荷转移(ICT)、荧光共振能量转移(FRET)、激发态分子内质子转移(ESIPT)、光致电子转移(PET)、结构变化和分子内运动受限等。
Figure 4.小分子酶荧光探针的响应机理
2.对磷酸酶响应的小分子荧光探针
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