浙大：高选择性新型荧光成像技术用于发现天然来源抗氧化活性物质

2015年，Nature杂志报导了5大“不死之科学神话”（Myths that will not die, Nature, 2015, 322）。其中，自由基与抗氧化剂位列榜单（Antioxidants are good and free radicals are bad）。自20世纪中期自由基衰老理论被提出至今，氧自由基在卒中、心肌缺血、神经退行性等衰老及相关疾病中的作用逐渐得到认识。但活性氧家族组成复杂，各组分寿命极短，且呈迥然不同的化学反应性及时空分布特征，使得针对特定活性氧高时空分辨率检测仍存在巨大技术挑战。在各类活性氧中，超氧阴离子属源头物质，在氧化还原信号通路及氧化应激病理损伤事件中发挥重要作用。建立具有高选择性、高对比度的超氧阴离子的实时检测方法一直是领域研究热点，这对于发现能高效调控细胞内活性氧稳态平衡的活性物质具有重要意义。

围绕上述问题，浙江大学药学院李新副教授与王毅教授课题组合作，从理性分析超氧阴离子的化学反应性出发，发展了一类以1,2,4,5-四嗪基为超氧阴离子特异性识别官能团的荧光探针，实现了超氧阴离子的高度选择性检测，且其激发与发射波段可根据实验需求进行模块化调整。作者通过实验数据，证实了该模块化设计适用于从445 nm~ 600 nm（蓝色~红色荧光）发射的系列探针（图1）。研究团队通过一系列对比实验，确认了该类探针在分子层面、细胞层面对超氧阴离子的高度选择性，及其相较于传统检测探针（如DCFHDA、MitoSOX）在选择性、信噪比方面的优势（图2）。

图1 Tz系列探针结构

图2 四嗪类荧光探针与DCFHDA、DHE在溶液和细胞水平对超氧选择性的对比

源于中药与天然产物的活性物质具有抗氧化活性，然而高效评价哪些成分能通过抗氧化应激调控细胞命运仍缺乏有力工具。研究团队运用上述探针成功实现了氧化损伤心肌细胞和缺血再灌注损伤大鼠心肌组织中超氧阴离子的跨尺度成像；从天然产物库中运用高内涵筛选技术发现了7,8-二羟基黄酮、青藤碱等中药活性成分具有良好的抑制超氧阴离子生成作用（图3）。特别是首次发现5a-胆甾烷-3-酮能有效抑制过氧化叔丁醇刺激导致的心肌细胞超氧阴离子积聚，且能显著降低小鼠心肌缺血再灌损伤。初步的机制研究表明，该化合物通过激活胞内NRF2/HO-1抗氧化通路发挥抗氧化作用（图4）。

图3 新型荧光探针F-Tz4应用于体内外成像和高内涵药物筛选

图4 5a-胆甾烷-3-酮具有体内外心肌保护作用

该研究首次发现了1,2,4,5-四嗪与超氧阴离子间的生物兼容性高效反应，并据此发展了一系列高度特异性荧光探针，建立了适用于高内涵筛选的体外模型，发现了新的活性化合物并初步探索了其体内外活性及机制。相关工作也为抗氧化先导化合物发现及中药药效物质研究提供了新的思路与工具。研究成果在线发表在Nature Communications杂志，药学院博士生降雪丰、李敏为论文共同第一作者，李新副教授与王毅教授为共同通讯作者。

新加坡科技设计大学刘晓刚教授课题组、浙江大学长三角智慧绿洲创新中心、浙江大学智能创新药物研究院等合作单位为本研究提供了大力支持，本研究得到了国家自然科学基金、国家中医药管理局中医药创新团队及人才支持计划、中组部青年拔尖人才计划、中央高校基本科研业务费等项目的支持。

来源：浙江大学药学院

论文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37121-8