不对称阳离子卟啉用作新型G-四链体探针以及癌细胞靶标成像

【摘要】：G-四链体是一种特殊的DNA二级结构,在人类基因组的许多重要区域都能够形成G-四链体,例如,端粒和许多致癌基因的启动子区域。因此,G-四链体在抗癌药物研究、生物传感设计以及药物的靶向递送等领域引起了人们的广泛关注。目前,已经报道的G-四链体配体,绝大多数能够在中性或者近中性的条件下实现对G-四链体的特异性识别,但在酸性条件下能够较好的特异性识别G-四链体的配体却很少。我们课题组以前的研究表明,卟啉有望成为G-四链体的特异性光学识别探针,通过引入庞大的侧臂取代基可以改善卟啉对G-四链体识别的特异性,但由此也会增加他们的质子化倾向,从而限制了它们在某些条件下的应用,如在酸性条件下对G-四链体的识别。在本论文工作中,我们通过在卟啉四个侧臂的其中一个侧臂上引入阿魏酸单元,得到了一个新的结构不对称的且具有良好水溶性的阳离子卟啉化合物,5-{4-[2-[[(2E)-3-[3-甲氧基-4-[2-(1-甲基-1-哌啶基)乙氧基]苯基]-1-氧代-2-丙烯基]氧基]乙氧基]苯基},10,15,20-三-{4-[2-(1-甲基-1-哌啶)乙氧基]苯基}卟啉(FA-TMPipEOPP),并利用低分辨质谱、高分辨质谱、核磁共振氢谱以及红外光谱等手段对该化合物进行了结构确认。利用紫外-可见光谱、荧光光谱、圆二色光谱等方法,研究了该化合物本身及与多种DNA的相互作用。研究结果表明,与在酸性条件下有质子化倾向的结构对称的卟啉TMPipEOPP不同,FA-TMPipEOPP在2.0-8.0的测试pH范围内一直保持未质子化的单体形式。相应地,FA-TMPipEOPP与TMPipEOPP相比,显示出更好的G-四链体特异性识别能力,因此它可以用作酸性条件下G-四链体的比色和荧光识别的特定光学探针。并进一步通过下述两个方面的应用验证了FA-TMPipEOPP在酸性条件下对G-四链体的特异性识别能力。(1)用于探索G-四链体结构与双链体结构之间的竞争。(2)酸性肿瘤微环境下实现无标记且无需清洗的癌细胞靶向生物成像。通过本论文工作,我们证明了通过增加分子的不对称性可以有效地克服卟啉衍生物的质子化趋势。这一发现为G-四链体探针的研究提供了有价值的信息,即通过调节分子对称性可以获得适用于不同pH条件下的基于卟啉的G-四链体探针。同时得到了,作为G-四链体光学探针,FA-TMPipEOPP在酸性条件下工作良好,TMPipEOPP在中性条件下工作良好,两者结合使用可得在整个生理pH范围内有效识别G-四链体的光学探针。