近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員韓克利和研究員樸海龍，與深圳晶泰科技有限公司（XtalPi）團隊合作，發現谷胱甘肽轉移酶（GST）熒光探針分子的整體識別性能除了受控于傳統意義上的識別基團，還與熒光團的缺電子性密切相關。
GST是一種重要的II期解毒酶，通過催化谷胱甘肽（GSH）親核進攻并加合到目標物的親電中心，增加其親水性以便于運輸和排出細胞外，從而達到解毒的目的。相比于正常組織和細胞，GST在多種癌癥中的過表達，成為一種重要的多藥抗性癌癥標記物。近紅外熒光探針因其高穿透性、低背景熒光、便于活體成像等優點而更具實用價值，然而文獻中對檢測GST的該類探針鮮有報道和研究。
大連化物所揭示熒光團缺電子性在近紅外熒光探針識別機制中的作用
研究團隊在前期工作（Research, 2020）的基礎上，在保持系列識別基團不變的前提下，通過引入帶正電荷的近紅外菁類熒光團HCy以替換先前的雙光子熒光團NI，發現HCy系列探針均比相應的NI系列探針有顯著更強的非酶促和酶促反應性。從實驗和理論計算兩個層面對該研究及相關文獻中的反應動力學結果進行了詳實的分析推理論證后，研究人員得出結論：上述現象源于熒光團更強的缺電子性而非親水性。由此導致HCy系列探針中兼具高靈敏度和低背景反應噪音的實用探針為識別基團親電性更弱的HCy2（對位取代基為三氟甲基）和HCy9（對位為氫原子），這與對位取代基為氰基的NI3形成了鮮明對比，也打破了其它文獻中人們對氰基的固有依賴。同時，在此現象的“信號放大”效應下，識別基團之間反應性差異導致的其對不同亞型同工酶的選擇性區別得以顯現，該實驗結論得到了分子對接模擬結果的印證。進一步在細胞、組織及模式小鼠活體成像中的結果驗證了HCy2和HCy9檢測GST的實用性。此外，盡管普遍認為不易通過光致電子轉移（PET）調控近紅外探針的熒光傳感，該工作通過超快光譜和量化計算證明HCy系列探針的傳感機理確為PET，且識別基團的親電性也會反過來影響熒光傳感效率。該研究為熒光探針的整體設計觀提供了啟示和借鑒。
上述研究成果發表在《化學科學》（Chemical Science）上。相關工作得到了國家自然科學基金和國家重點研發計劃等項目的資助。
