北理工在“簇發光”螺環聚合物用于腫瘤細胞識別與診斷取得研究成果
發布日期：2020-02-25 供稿：材料學院 蔡政旭
編輯：邵澤 審核：金海波 閱讀次數：P53是一種腫瘤抑制蛋白，它可以控制受到損傷的DNA進行修復或使受損傷較大的細胞進入凋亡過程，避免其在不利條件下無限分裂。在腫瘤細胞中，p53的表達和活性往往受到高表達的MDM2蛋白抑制，其機理是p53可以插入MDM2蛋白的Trp26，Phe19和Leu26疏水腔中，并與其緊密結合，從而生理活性受到限制。
近日，在國家自然科學基金重大項目（批準號：21490574）和面上項目（批準號：21474009和51673024）資助下，北京理工大學董宇平課題組與韓國高麗大學Kim Jong Seung課題組合作，報道了利用腫瘤細胞中高表達的MDM2蛋白與非傳統共軛的螺環聚合物結合，在產生“簇”發光的同時，限制p53與MDM2蛋白結合，從而釋放并活化p53蛋白，促進了癌細胞凋亡，實現對腫瘤細胞靶向診斷和治療的相關工作。
螺環化合物因其獨特的化學結構，具有良好的生物活性和穩定性，目前已被用于多種藥物中，如依尼螺酮、丁螺環酮等，但螺環聚合物的合成與應用卻少見報道。本成果首先利用“無催化、一步法”三鍵聚合反應合成了新型螺環聚合物。實驗結果表明該螺環聚合物具有典型的簇發光（Cluster Triggered Emission， CTE）特性。體外條件下，MDM2蛋白可以與螺環聚合物發生相互作用，誘導P1a2b進一步聚集而引發簇發光；因此在MDM2高表達的多種腫瘤細胞中均呈現明顯的藍色熒光，然而在MDM2蛋白低表達的正常細胞則無明顯發光，能夠實現對正常細胞和腫瘤細胞的有效區分，并且高分子量P1a2b成像效果更為明顯。作者通過MDM2的抑制劑Nutlin-3與P1a2b的競爭實驗驗證細胞內P1a2b螺環聚合物的作用位點，發現P1a2b與Nutlin-3混合后的MDM2蛋白和細胞相互作用，均不能表現簇發光特性，表明Nutlin-3優先占據了MDM2蛋白的作用位點，使P1a2b不能與之有效結合，進而不能引發聚合物簇聚集發光。
圖1 螺環聚合物的合成路線
圖2 （A）（B）(C) 未加P1a2b聚合物的DAPI，FITC場與合并照片；（D）（E）(F) 加入P1a2b聚合物的DAPI，FITC場與合并照片；(G) 與P1a2b聚合物共培養24 h， 48 h， 72 h后的細胞凋亡率。
隨后，作者利用蛋白質免疫印跡法（Western blot）證實了經過P1a2b共培養細胞中的p53蛋白的表達增加。同時證明了P1a2b加入后，p53的增加會導致其相關的ROS濃度的增長，解釋了P1a2b聚合物誘使腫瘤細胞高凋亡的主要原因。同時，作者利用分子對接軟件，將P1a2b的三聚體與MDM2蛋白計算，證實其與Trp26，Phe19和Leu26疏水空腔結合，且結合穩定。
鑒于該螺環聚合物合成簡單，具備腫瘤細胞靶向診斷與治療相結合的能力，為新型螺環聚合物應用提供了新思路，為腫瘤的治療和診斷提供了新方法。劉派和付偉強博士為此工作共同第一作者，蔡政旭特聘研究員、董宇平教授、Kim Jong Seung教授為此工作通訊作者。
這一成果近期發表在Angewandte Chemie International Edition上，原文鏈接為： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201916524。
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