【人物与科研】苏州大学史海斌、高明远教授团队与纪顺俊教授合作新成果：无创定量检测活体肿瘤内基质金属蛋白酶活性的比率型光声探针

传递最新鲜的科研资讯

点击上方蓝字 CBG资讯 加关注

导语

众所周知，肿瘤微环境相比于正常组织存在弱酸性、乏氧、强氧化还原性以及肿瘤特征酶高表达等特征。基质金属蛋白酶（MMPs）在恶性肿瘤的生长、侵袭、转移和血管生成过程中扮演着非常重要的角色，已经成为一类可靠的、重要的肿瘤生物标志物。因此，在体肿瘤内基质金属蛋白酶活性的无创、准确的定量评价对于肿瘤的诊断、治疗与疗效评价研究意义重大。近日，苏州大学史海斌教授、纪顺俊教授和高明远教授合作发展了一种利用比率型光声成像对活体肿瘤内基质金属蛋白酶MMP-2活性进行无创、准确的定量分析新手段。相关研究成果发表于J. Am. Chem. Soc.（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 3265）。

史海斌教授简介

史海斌，苏州大学特聘教授、博士生导师、中组部“国家高级人才计划获得者”（2016）、国家重点研发计划首席科学家、江苏省“双创人才”（2017）、江苏省重点研发（社发）项目负责人（2018）、江苏省"六大人才高峰"。长期致力于智能化分子影像探针的构建及其在肿瘤等重大疾病的早期诊断与治疗方面的应用基础研究。现为Proteomics和Proteomics Clinical Applications国际期刊编委。近年来在国际知名学术期刊如J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等杂志上发表论文33篇，被引用1300余次，参与撰写英文书籍1部，获得国际专利3项。

尹玲，该研究的第一作者。2010年于山东大学获得博士学位；现为山东济宁学院化学与化工系副教授，从事有机中间体以及小分子探针研究。

史海斌教授课题组简介

目前课题组在读博士研究生3名，硕士研究生6名，研究方向主要围绕：1）智能化肿瘤分子影像探针的构建及应用研究；2）多模态、多功能分子影像探针在肿瘤等重大疾病诊断与治疗中的应用基础研究；3）放射性药物分子的设计合成与生物应用研究。

前沿科研成果

无创定量检测活体肿瘤内基质金属

蛋白酶活性的比率型光声探针

苏州大学史海斌课题组最近通过将MMP-2特异性识别的多肽底物与近红外荧光染料（Cy5.5）和猝灭剂（QSY21）连接，构建了一种激活型荧光/光声（PA）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）多模态分子探针。该探针能够被MMP-2酶特异性剪切，释放出强烈的近红外荧光，同时肿瘤部位会产生比率型光声信号变化。基于点亮型荧光和比率型光声信号的探针可以对肿瘤内活性MMP-2进行灵敏性成像与无创性定量分析（图1）。

图1. MMP-2活性的比率型光声检测

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

本工作中设计合成得到的小分子探针，由于QSY21端疏水，而Cy5.5端较为亲水，探针在PBS溶液中可以聚集成尺寸大小均一的纳米颗粒（图2a）。然而在纯有机溶剂中，这种聚集状态则被破坏。该特性通过不同极性溶剂中探针的紫外吸收光谱得到证实（图2b），并通过理论模拟计算得到确认（图2c, d）。

图2. （a）探针在PBS溶液中的聚集状态；（b）探针在不同极性溶剂中的紫外吸收光谱变化；（c, d）理论模拟探针聚集状态。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

作者利用MMP-2和小鼠乳腺癌4T1细胞对探针的特异性和敏感性进行了体外评价（图3a, b）。进一步，作者在荷瘤鼠模型中采用尾静脉注射方式，系统性开展了活体肿瘤的近红外成像研究（图3c, d）。实验数据显示，探针对肿瘤具有良好的特异性和靶向性。

图3. （a）探针与MMP-2和抑制剂作用的荧光光谱；（b）探针与不同浓度MMP-2作用的荧光光谱；（c, d）尾静脉注射探针后，活体肿瘤荧光成像的效果。

（来源：J. Am. Chem. Soc）

随后，作者对探针的水溶液进行了光声信号检测，发现探针在680 nm呈现出较明显的MMP-2浓度依赖性紫外吸收变化，而在730 nm几乎无紫外吸收变化（图4a, b）。基于此特征，作者以730 nm PA信号为内参照，通过测定ΔPAS₆₈₀/ΔPAS₇₃₀不但可以开展活体肿瘤的PA成像，更重要的是可用于定量评价肿瘤内MMP-2的活性（图4c-e）。

图4.（a）探针与不同浓度MMP-2作用的紫外吸收光谱；（b）探针与不同浓度MMP-2作用的PA成像；（c-e）尾静脉注射探针后，活体肿瘤PA成像的效果。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者选择最佳时间点肿瘤的PA成像数据，与对照探针相比较，结合对应肿瘤的蛋白质免疫印迹（WB）数据，系统性开展了不同尺寸肿瘤的PA成像研究（图5a），并将比率型光声信号变化与肿瘤中活性MMP-2的表达进行了相关联，建立了一种无创、准确的肿瘤特征酶活性定量分析评价手段（图5b-d）。

图5.（a）不同尺寸活体肿瘤PA成像的情况；（b-d）肿瘤中MMP-2表达与PA成像的联系。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

总之，史海斌课题组成功构建了一种肿瘤智能化分子影像探针。该探针不但可用于活体肿瘤的多模态灵敏性成像，而且还能够实现肿瘤特征酶活性的无创、精准性评估。这一研究为探究肿瘤相关酶与肿瘤侵袭、增值和转移间的关系提供了新的研究思路和方法。该研究成果发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.8b13628）。本文的作者为：Ling Yin, Hao Sun, Hao Zhang, Lei He, Ling Qiu, Jianguo Lin, Huawei Xia, Yuqi Zhang, Shunjun Ji, Haibin Shi and Mingyuan Gao。

关于人物与科研

在科技元素在经济生活中日益受到重视的今天，中国迎来了“科学技术爆发的节点”。科技进步的背后是无数科学家的耕耘。在化学领域，在追求创新驱动的大背景下，国际合作加强，学成归国人员在研发领域的影响日益突出，国内涌现出众多非常优秀的课题组。为此，CBG资讯采取1+X报道机制，CBG资讯、ChemBeanGo APP、ChemBeanGo官方微博、CBG微信订阅号等平台合力推出“人物与科研”栏目，走近国内颇具代表性的课题组，关注他们的研究，倾听他们的故事，记录他们的风采，发掘他们的科研精神。

* 欢迎联系：[e-mail]