针对hERG钾离子通道的小分子探针研究

发布时间：2020-07-10 00:13

【摘要】：hERG是从人类海马神经中分离得到的,其全称为human ether-a-go-go related gene,hERG编码形成钾离子通道。有些药物引起了严重的心肌毒性,抑制靶点引发长QT综合症;hERG基因发生突变,会引发遗传性长QT综合症,两者都会使病患心率失常,严重时导致死亡。同时,hERG通道在多种肿瘤细胞中也有分布,它与增加肿瘤细胞的增殖、侵袭、淋巴性传播和减小细胞分化这些进程有着密切关系。可以通过检测hERG通道,判断肿瘤发展进程。目前针对hERG通道的研究方法主要有以下几种:膜片钳分析技术、放射性配体竞争法、以及基于荧光检测的方法。膜片钳分析技术是研究参与电位变化的通道重要技术,但膜片钳法需要实验员本身技术过硬,实验员必须全身心投入时间较长的实验过程,稍有分心就容易造成实验失败;放射性配体竞争法使用时需要大量的放射性物质,可能会引起辐射。利用荧光进行实验的方法蓬勃发展,在科学实验中起着举足轻重的作用。其中小分子荧光探针合成简便、体积小、细胞透过性好、灵敏度高和特异性强,已广泛应用于生命科学研究中,主要用于研究生物大分子的作用机制、疾病诊断以及药物的筛选等方面。药效团、连接链和荧光团三部分通常被包含在小分子探针的结构中,药效团与特定蛋白产生结合,在识别基团与靶点结合后,荧光团能将此信号转化为荧光信号,连接链将识别基团与荧光团连接起来。本文在报道的hERG通道抑制剂阿司咪唑和E-4031的基础上,设计了两种具有开关机制的特异性hERG通道探针。其中,探针M1-M3采用了环境敏感的荧光开关机制,我们选取阿司咪唑作为识别基团,用环境敏感的荧光团丹磺酰氯和萘二酰亚胺去替代阿司咪唑结构中的对甲氧基苯基,识别基团和荧光团通过非共轭结构进行连接。此类小分子探针的荧光开关机制为:分子处于游离状态时,荧光强度较弱,而与疏水性口袋结合后,其荧光强度明显比游离状态增强;探针M4-M7采用了聚集诱导发光(AIE)的荧光开关机制,此类小分子探针同样选取阿司咪唑作为识别基团,但考虑到四苯基乙烯本身结构有点大,所用也选取了体积较小的hERG通道抑制剂E-4031作为识别基团。然后在Cu+作化下荧光团上的叠氮基结构与识别基团上的炔基结构之间进行1,3-偶极环合反应。当此类探针处于游离状态时,结构中的苯环可以自由的旋转,分子吸收一定能量跃迁到激发态后,大部分分子以非辐射方式释放能量;而分子与蛋白结合后,苯环与烯烃间的单键旋转受到限制,此时大部分激发态的分子将发射荧光。此后对设计合成的小分子探针进行了一系列的评价(光学性质、对靶点的亲和力、细胞毒性、特异性和显微成像),结果表明,所合成的小分子探针光学性质较好,细胞毒性在一定时间内可以接受,且与靶点的结合能力较强,可应用于它的标记。在后继研究中,我们将应用小分子探针去探讨hERG通道的表达上调与肿瘤的关系,研究hERG通道在肿瘤发生发展中可能的机制,为研究抗肿瘤药物奠定基础。同时,我们还将设计合成一系列发射波长在近红外区的小分子探针,并进行动物水平的成像。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R91
【图文】：

亚基,钾离子通道,综合症,靶点

ＡＥＲＧ钾离子通道在人多种组织中大量分布。在心脏中，它与（３亚基共同逡逑介导快速延迟整流钾电流（Ｉｋｔ），主要参与心脏动作电位逐渐下降的过程［９，逡逑１０］。近年来，一些药物在上市之后产生了严重的不良反应而被撤离市场，如氯逡逑丙嗪、特非那定、磺胺甲基异恶唑和西沙比利等。有些药物引起了严重的心肌逡逑毒性，抑制靶点引发长ＱＴ综合症；当基因发生突变，会引发遗传性的动作电逡逑位下降延长［７，邋１１，１２］。长ＱＴ综合症临床上表现为室性心律失常，是指在心电逡逑图上ＱＴ间期延长，严重时会产生昏厥甚至猝死［１３］。逡逑／ｚＥＲＧ钾离子通道在多种肿瘤细胞中也有分布，如子宫内膜癌［１４］、恶性逡逑胶质瘤、结肠癌等。它与肿瘤的淋巴性传播、增殖、侵袭、和减小细胞分化这逡逑些进程有着密切关系丨１５－１７］。可以通过检测ＡＥＲＧ通道，判断肿瘤发展进逡逑程。在恶性胶质瘤中，ＡＥＲＧ钾离子通道能够促进血管生成，从而保证恶性组逡逑织生长［１７，邋１８］。但ＡＥＲＧ通道具体作用机制还不明确，因此，若想以／ｚＥＲＧ钾逡逑离子通道作为靶点进行肿瘤的治疗，必须了解其在肿瘤中作用。逡逑

钾离子通道,灵敏性,对药,机制

Ｒｏｄｅｒｉｃｋ邋ＭａｃＫｉｎｎｏｎ团队［１９］通过冷冻电镜方法确定了邋ＡＥＲＧ钾离子逡逑通道的大小（３．８邋Ａ），同时他们认为其对大多数药物的特异灵敏性来自于结构逡逑中体积极小的中心孔区，这个中心孔区被四个很深的疏水性口袋包围（图１．２）。逡逑通常，Ｔｙｒ６５２和Ｐｈｅ６５６氨基酸残基为主要作用位点［２０，邋２１］，配体通过疏水作逡逑用、７ＷＩ堆积作用、ｐ－ＴＣ共轭作用或７１－阳离子相互作用与ＡＥＲＧ通道结合［２１－逡逑２４］。现有的一些ＡＥＲＧ通道抑制剂，如ａｓｔｅｍｉｚｏｌｅ、ａｚｉｍｉｌｉｄｅ、索他洛尔、特非逡逑那定、磺胺甲基异恶唑和西沙比利等［２３，邋２５，邋２６］，它们的结构如图１．３所示。逡逑：ｔ邋ｆ：＞：｜考：逡逑Ｃｌｏｓｅｄ（Ｈｙｐｏｔｈｅｔｉｃａｌ）逦0Ｐｅｎ邋Ｄｒｕｇ邋－＾ｂｐｅｎ邋Ｏｐｅｎ逡逑图１．２邋ＡＥＲＧ钾离子通道对药物特异的灵敏性的作用机制逡逑ｈ逦ｊ＾ｒＮ／°逦？Ｈ邋ｈ逡逑Ａｓｔｅｍｉｚｏｌｅ逦Ｄｏｆｅｔｉｌｉｄｅ逦Ｓｏｔａｌｏｌ逡逑Ｔｅｒｆｅｎａｄｉｎｅ逦Ｓｕｌｆａｍｅｔｈｏｘａｚｏｌｅ逦Ｃｉｓａｐｒｉｄｅ逡逑图１．３邋ＡＥＲＧ钾离子通道抑制剂逡逑７逡逑

钾离子通道,抑制剂

【参考文献】