Fluolab【Angew.Chem】新型生物发光探针，实时监测铂(IV)前药在活细胞中的还原过程，揭示半胱氨酸的重要性
简介
本研究采用生物发光成像（BLI）技术开发了一种创新性的生物发光探针Pt-Luc，以实时监测铂(IV)前药在活细胞中的还原过程。研究突破了以往仅限于缓冲系统、细胞裂解物或固定细胞的研究模式，揭示了活性半胱氨酸在蛋白质中主导铂(IV)前药还原的作用，并在体内实验中得到了验证。
摘要
铂(IV)前药的细胞内还原对于其抗癌活性至关重要，但决定其还原的关键组分仍不明确。本研究开发了一种生物发光探针Pt-Luc，该探针可通过释放氨基荧光素来捕获实时生物发光信号，监测铂(IV)前药在活癌细胞中的还原过程。研究发现，当细胞内半胱氨酸水平下降时，铂(IV)前药的还原速率显著降低，而谷胱甘肽水平变化对还原速率影响不大。此外，蛋白质中的活性半胱氨酸比小分子硫醇更能促进铂(IV)前药的还原。在体内研究中，使用硫醇阻断剂的肿瘤模型显示生物发光信号减少63%，进一步证实活性半胱氨酸在铂(IV)前药还原中的核心作用。本研究提供了铂(IV)前药活化机制的新视角，拓宽了对抗癌前药活性的理解。
研究结果与讨论
生物发光探针Pt-Luc的设计
Pt-Luc的设计基于BLI技术，利用氨基荧光素与铂(IV)前药的结合实现生物发光淬灭。铂(IV)的还原释放出氨基荧光素，激活荧光素酶并发出光信号，从而实时监测前药的活化过程。
在缓冲液中的Pt(IV)还原监测
在含抗坏血酸的缓冲液中，Pt-Luc的还原速率表现出线性增长，发光强度与还原程度高度相关，证明该探针可灵敏反映铂(IV)前药的还原进程。
活细胞中的Pt-Luc还原监测
Pt-Luc在A549-Luc2活细胞中成功渗透且无毒性，细胞实验显示其可实现实时监测。谷胱甘肽的耗竭不会影响Pt(IV)的还原，而半胱氨酸水平下降会导致生物发光显著减少，表明半胱氨酸在铂(IV)前药活化中的关键作用。
体内实验验证活性半胱氨酸作用
小鼠肺癌模型实验表明，使用硫醇阻断剂的肿瘤显示生物发光显著减少，验证了蛋白质中的活性半胱氨酸主导铂(IV)还原过程。此外，体内实验也支持该探针在活体环境下具有较高稳定性和灵敏度。
结论
本研究通过创新性生物发光探针Pt-Luc的开发，成功实现了铂(IV)前药在活细胞及体内的实时监测。研究揭示了蛋白质中的活性半胱氨酸在铂(IV)前药还原中的主导作用，为铂类抗癌药物的活化机制提供了新视角，并可能推动未来抗癌前药的优化与设计。