荧光探针检测与阿尔茨海默病早期相关的酶

阿尔茨海默氏病是一种神经退行性疾病，会导致许多 60 岁以上的人记忆力减退并损害认知能力。目前用于检测该疾病表现的技术(MRI、PET 和 CT 扫描)复杂、昂贵，并且经常产生不确定的结果。

“我们的目标是找到一种可靠、经济高效的解决方案，”印度科学研究所 (IISc) 无机和物理化学 (IPC) 系助理教授 Debasis Das 说。在发表在 《分析化学》上的一项研究中，他和 IPC 的 CV 拉曼博士后研究员 Jagpreet Sidhu 设计了一种小分子荧光探针，可以感知与阿尔茨海默病进展相关的特定酶。这样的探针可以很容易地制成基于条带的套件，可以进行现场诊断。

“荧光探针本身不发荧光，但在与目标酶反应后，它们会发出荧光，”Das 解释说。“我们的目标酶是乙酰胆碱酯酶 (AChE)。” 研究表明，在阿尔茨海默病的早期阶段， AChE 水平变得不平衡， 从而使其成为该疾病的潜在生物标志物。

脑细胞或神经元分泌神经递质——指示其他细胞执行某些功能的信号分子。乙酰胆碱 (ACh) 就是这样一种神经递质;它在我们神经系统中的水平受到 AChE 等酶的严格控制，AChE 将其分解为两部分 - 乙酸和胆碱。目前的方法通过测量胆碱水平间接确定 AChE 水平。他们还经常给出混杂的结果，因为 AChE 有“姐妹酶”，例如丁酰胆碱酯酶和胆碱酯酶，它们作用于类似的底物，包括 ACh，Das 说。

该团队首先分析了酶 (AChE) 和底物 (ACh) 的晶体结构。然后，他们设计了一种模拟 ACh 的合成分子。该团队开发的探针有一个结构元素(季铵)与 AChE 特异性相互作用，另一个结构元素与 AChE 的活性位点结合并被消化(就像天然 ACh 一样)，发出荧光信号。该团队调整了两种元素之间的距离，使其与酶紧密结合。“在之前的报道中，人们并没有使用这个季铵基团。因此，他们无法获得特异性和选择性，”该研究的第一作者 Sidhu 说。

为了测试探针被酶特异性消化的能力，该团队使用了市售的 AChE 以及在细菌中表达的实验室制造的人脑 AChE。研究人员表示，虽然 AChE 过去曾从人脑中提取、纯化和结晶，但这是第一次在细菌系统中克隆和表达后以活性形式纯化 AChE。

该团队与 IISc 发育生物学和遗传学系的 Deepak Saini 实验室合作，表明荧光探针也可以进入实验室培养的脑细胞，并在与 AChE 接触时发出荧光。

“我们现在有了概念验证和领先优势。我们的目标是将其转化为阿尔茨海默病模型。为此，我们需要修改探头，”Das 说。目前，该探针具有紫外线活性，高剂量对组织有害。“这些修改将导致近红外活性探针的发展，这对活细胞来说更安全，并允许深层组织成像。我们已经非常接近这样做了。”

Sidhu 补充说，除了阿尔茨海默病之外，这种探针还可以用于其他应用，例如检测农药相关中毒，因为 AChE 可以被某些农药中使用的化合物抑制。

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