检测药物性肝损伤和糖尿病生物标识物次氯酸光学探针的构建和应用.pdf

摘要

肝脏是生物体内以代谢功能为主的器官，同时在去氧化、储存肝糖、分泌性蛋白

质的合成等方面起着重要的作用。但肝脏十分容易受到药物、疾病、生活习惯或外力

等因素的影响，造成不同形式和程度的肝损伤。其中包括药物性肝损伤（Drug-Induced

LiverInjury,DILI）以及糖尿病引起的肝脏损伤一直是现代医学长期关注的问题。目

前，临床上对肝损伤是通过检测肝脏中相关功能酶的含量来进行诊断的，但这种方法

可靠性及时性较差，容易出现漏诊或误诊。在近期报道的工作中，次氯酸（HClO）被

认为是肝损伤发生的重要生物标志物，因此通过开发特异性识别HClO的检测方法可

以实现对DILI以及糖尿病肝损伤的诊断。

随着精准医疗时代的到来，荧光成像技术由于其灵敏高效、原位无创以及操作简

单等优势，在可视化生理病理过程、早期疾病诊断和跟踪治疗进展等方面已成为最具

前景的方式之一。尽管已经有许多用于HClO检测的荧光探针被报道，但就目前已报

道的探针中，仍存在以下问题：（1）部分荧光探针波长较短，穿透力较差，无法实现

高质量的生物成像，在生物应用方面有一定的限制；（2）已报道的一些HClO荧光探

针稳定性较差，易受其它活性氧活性氮（ReactiveOxygenSpecies/ReactiveNitrogen

Species,ROS/RNS）的干扰；（3）缺乏通过原位监测HClO的浓度波动，来实现对

DILI以及糖尿病肝损伤早期诊断的荧光探针。因此构建适用于原位实时活体成像的检

测HClO的近红外荧光探针，对DILI和糖尿病肝损伤的早期诊断具有极为重要的意

义。

在本论文中，我们在本课题组前期工作基础上，进一步构建近红外荧光探针。为

了延长染料的发射波长，我们期望通过增加染料的共轭结构来达到这一目的，而增加

共轭主要有两种途径：结构限制和烯键修饰。随后引入HClO的特异性识别基团N,N-

二甲氨基硫代甲酸酯（DMCT）构建近红外荧光探针，期望探针能够通过检测HClO的

浓度波动实现对DILI和糖尿病肝损伤的早期诊断。

在第二章中，为了得到发射波长达到近红外区的染料，我们首先对染料进行结构

限制，其主要方法是在BODIPY母核上引入并环结构。选用N,N-二甲氨基硫代甲酸酯

（DMCT）作为特异性识别团，并通过吡啶季铵盐连接桥将二者结合起来，构建模型

I

探针BDP-R-ClO。之后通过对BDP-R-ClO在体外溶液中的系列测试发现BDP-R-ClO

能够快速灵敏地响应HClO，同时表现出较高的选择性和较好的稳定性。此外利用DFT

理论计算和高分辨质谱（HRMS）分别对探针的荧光淬灭机制以及与HClO的响应机制

进行了研究。之后探究了探针的细胞毒性并将其应用到细胞内/外源性HClO的成像检

测，同时探究了APAP诱导DILI细胞模型中HClO的浓度变化并评估了NAC的护肝效

果。最重要的是，BDP-R-ClO能够通过实时监测和成像小鼠HClO水平的上调来实现

对药物性肝损伤的诊断。

在第三章中，为了使染料的发射波长进一步延长，我们对BODIPY进行烯键修饰

来增加共轭。我们设计了5种在Meso位含有4-吡啶基的BODIPY染料，并在3,5位

引入不同的芳基乙烯基。众所周知，烯键存在不稳定性，容易发生亲核加成和氧化反

应，因此我们首先利用密度泛函理论（DensityFunctionalTheory,DFT）计算，通过前

沿分子轨道和C=C键长预估了它们的波长和稳定性，并利用高浓度HClO溶液测试系

列染料的稳定性，筛选出了波长最长，稳定性最好的染料BDP-ENE-S-Me。利用

BDP-ENE-S-Me和第二章介绍的构建方法，合成了波长更长的近红外荧光探针BDP-

ENE-ClO（690nmvs661nm）。之后通过对探针在体外溶液中的系列测试，证实了

BDP-ENE-ClO对HClO的良好响应性能，并利用DFT理论计算