Advanced Science:基于亚甲基蓝的近红外荧光探针检测小鼠脑内过氧化亚硝酸盐的动态变化, 一种抗癫痫药物筛选的新方法

癫痫发作引起的脑损伤是一个复杂的动态过程,与线粒体功能亢奋引起的毒性障碍、细胞因子水平的改变以及氧化应激等密切有关。在癫痫的发展过程中,由于活性氧物种(ROS)的产生和增加及抗氧化酶的防御能力下降,进而连续产生大量的ROS。特别是过量的活性氧进一步与一氧化氮(NO)反应,产生多种活性氮物质(RNS),它们与脂质反应会导致神经元细胞死亡。其中,过氧化亚硝酸盐(ONOO)作为活性氮物种的代表,被认为是一种重要的神经毒性因子,在癫痫和其他神经退行性疾病的发病机制中起着重要作用。实际上,在许多临床疾病的进展过程中包括癫痫、阿尔茨海默病和帕金森病都发现了过度表达的ONOO,它已经成为确诊这些疾病的一个标志性特征。然而,ONOO在癫痫发生、发病机制中的潜在生物学作用尚未被完全了解。因此,为了探究细胞体内ONOO的病理机制,并探讨其在癫痫发病中的作用,开发一种针对的脑内神经细胞ONOO过表达的影像学工具至关重要。

近年来,尽管已经报道了一些用于细胞或组织中的ONOO成像荧光探针,但是,仍然缺乏对活体内特别是患癫痫病大脑内的成像方法。目前面临着以下几个挑战:(1)开发探针的主要挑战是探针能否有效地透过血脑屏障(BBB)以实现在大脑区域实时成像;(2)近红外激发和发射的探针更适合穿透更深的组织,避免背景荧光干扰;(3)在实际生理环境中,需要探针对ONOO具有高选择性和高灵敏度来有效地监测ONOO

南京师范大学化学与材料科学学院钱勇教授和刘红科教授课题组基于亚甲基蓝构建了一种新的近红外(NIR)荧光探针ONP,该探针在体外和体内对ONOO的荧光成像具有高灵敏度和高选择性,特别是它具有大脑靶向性能有效地跨越血脑屏障(BBB)。利用探针的这些有利特性,能有效地追踪红藻氨酸(KA)诱发的癫痫发病期间神经细胞中内源性ONOO信号,并且在由KA-诱发的癫痫小鼠大脑的海马体中观察到内源性的ONOO通量,揭示了ONOO的浓度水平与神经元损伤程度之间呈正相关。此外,将高内涵分析与ONP相结合,建立了一种高效的抗癫痫抑制剂筛选方法。该研究工作有助于更好地了解癫痫病理学,并促进未来进一步的设计新型抗癫痫药物。

该工作以“Imaging dynamic peroxynitrite fluxes in epileptic brains with a near-infrared fluorescent probe”为题,发表在Advanced Science(DOI:10.1002/advs.201900341)上,南京师范大学硕士生胡炯圣和南京大学生命科学学院博士生邵晨雯为并列第一作者,钱勇教授、刘红科教授和朱海亮教授为该论文的通讯作者。