CN114478384A - 一种溶酶体靶向pH荧光探针及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种溶酶体靶向pH荧光探针及其制备和应用,溶酶体靶向pH荧光探针具有如(I)所示的结构式:

Description

一种溶酶体靶向pH荧光探针及其制备和应用
技术领域
本申请涉及pH检测技术领域,特别是涉及一种溶酶体靶向pH荧光探针及其制备和应用。
背景技术
细胞内pH值在许多细胞进程中起着至关重要的作用,例如细胞生长、凋亡、离子转运、自噬、酶活性、稳态等细胞过程。真核细胞的亚细胞器具有不同的pH值,例如核内体和溶酶体内部呈微酸性(pH 4.0-6.0),线粒体pH为碱性(pH~8.0)。作为细胞健康的重要指标,细胞内pH值的微小变化可导致细胞功能紊乱和严重疾病,如癌症、中风、阿尔茨海默病等。由于细胞内pH值具有重要的生理意义,因此监测细胞器内pH值的变化对探索细胞代谢、了解生理和病理过程具有重要意义。荧光探针由于其高灵敏度、实时检测等优点而受到关注。
发明内容
本申请提供一种新型的高灵敏度pH荧光探针,可以准确靶向溶酶体,并在一定pH范围内荧光探针与pH浓度之间呈现线性关系,有利于提高检测精度。
一种溶酶体靶向pH荧光探针,具有如(I)所示的结构式:
Figure BDA0003521698530000011
本申请还提供一种所述溶酶体靶向pH荧光探针的制备方法,包括:
以化合物(II)、化合物(III)为反应物、添加冰乙酸和三乙酰氧基硼氢化钠在溶剂中进行反应,反应结束后对反应液进行分离纯化得结构式如(I)所示的溶酶体靶向pH荧光探针:
Figure BDA0003521698530000021
合成路线如下:
Figure BDA0003521698530000022
可选的,所述化合物(II)、化合物(III)、冰乙酸和三乙酰氧基硼氢化钠物质的量之比为1:1~1.2:10~12:4~5。进一步地,所述化合物(II)、化合物(III)、冰乙酸和三乙酰氧基硼氢化钠物质的量之比为1:1.2:10:4。
可选的,所述的溶剂为无水四氢呋喃。
可选的,所述反应的条件为:25℃~30℃搅拌反应10h~14h。
可选的,所述分离纯化方法可如下:将反应液减压浓缩,利用柱层析法进行分离纯化,所用洗脱液为体积比为40:1的二氯甲烷/甲醇,得到化合物(I)。
本申请化合物(II)为公开的化合物,其制备方法可参考文献W.Shen,P.Wang,Z.Xie,H.Zhou,Y.Hu,M.Fu,Q.Zhu,Abifunctional probe reveals increased viscosityand hydrogen sulfide in zebra fish model of Parkinson’s disease.Talanta2021,122621;所述化合物(III)为购买所得。
本申请发现该荧光探针具有溶酶体靶向性,可检测细胞内的pH值变化,细胞内溶酶体的pH值为4.0-6.0。
因此,本申请还提供一种所述溶酶体靶向pH荧光探针在细胞成像或在制备细胞成像试剂中的用途。
可选的,所述细胞为肿瘤细胞。进一步地,所述细胞为人***细胞Hela细胞。
本申请还提供一种所述溶酶体靶向pH荧光探针在制备pH荧光检测产品中的用途。
可选的,所述pH荧光检测产品为试纸条或试剂盒。
本申请还提供一种溶酶体靶向pH检测试剂盒,包括所述的溶酶体靶向pH荧光探针。将所述溶酶体靶向pH荧光探针按照本领域成熟的方法制备成试剂盒。
本申请发现该荧光探针可通过荧光比率法定量检测水溶液中的pH的浓度,用于pH的荧光定量检测。定量pH浓度的荧光检测原理为:化合物(I)羟基及吗啉基团作为pH敏感基团,在酸性或者碱性环境下,得到/失去一个质子,形成NH+/O-基团。测定在激发为380nm时,发射波长470nm,560nm处探针的荧光强度变化,从而获得pH值。使用本申请的新型溶酶体靶向的pH荧光探针检测pH浓度的原理如下所示:
Figure BDA0003521698530000031
本申请溶酶体靶向的pH荧光探针本身是较弱的蓝色荧光,也就是探针中的荧光团1,8-萘酰亚胺是被淬灭的,检测pH的原理是化合物(I)和pH反应后,通过生成强供电基团O-,1,8-萘酰亚胺荧光恢复,发出较强的黄色荧光,从而实现了比率检测pH的效果。
基于此,本申请还提供一种非诊断目的的pH定量检测方法,包括:
将具有如(I)所示结构式的化合物加入待测溶液中,反应结束后以380nm为激发波长,分别测定560nm和470nm处的荧光强度值;然后将560nm处的荧光强度值除以470nm处的荧光强度值,所得结果代入线性标准曲线中计算得到待测溶液的pH值;
Figure BDA0003521698530000041
可选的,所述待测溶液中溶酶体靶向pH荧光探针终浓度为5μM,所述待测溶液pH的值为4.5~7。采用该检测方法时,待测溶液中加入的化合物终浓度为5μM,与待测溶液中pH的值为4.5~7时呈很好的线性关系,能够更准确的检测出待测溶液中的pH浓度。
所述线性标准曲线中,纵坐标为反应液在560nm处的吸收强度值除以470nm处的吸收强度值;横坐标为pH值。
所述线性标准曲线的制备方法如下:
准确称取一定量的化合物(I),用二甲基亚砜配制成浓度为1mM的探针母液,移液枪吸取2μL加入到0.398mL不同pH值的PBS缓冲液(最终pH在水中的值为3.5到10)中,37℃下反应3h后,加入到96孔板中,采用多功能酶标仪测定化合物(I)的荧光发射光谱。以380nm作为激发波长,并以560nm处的荧光强度值除以470nm处的荧光强度值的数值为纵坐标,pH浓度为横坐标,绘制即得线性标准曲线。
可选的,所述线性标准曲线的线性方程为:y=-2.31x+7.15(R2=0.9946);其中y为反应液在560nm处的吸收强度值除以470nm处的吸收强度值,x为pH浓度。
与现有技术相比,本申请至少具有如下有益效果之一:
(1)化合物(I)可作为一种检测pH的荧光探针,以荧光比率法检测水溶液中的pH,对pH选择性好,并对溶酶体有较好的靶向作用,为进一步准确研究溶酶体pH提供了一种有效的研究工具。
(2)化合物(I)可用于细胞成像,检测细胞内的pH变化。
附图说明
图1为本申请实施例1制备的化合物(I)的核磁氢谱。
图2为本申请实施例1制备的化合物(I)的核磁碳谱。
图3为本申请实施例1制备的化合物(I)加入到不同pH的DMSO/PBS缓冲液(v/v=1/199)中的荧光吸收光谱图。
图4为本申请实施例1制备的化合物(I)加入到不同pH的DMSO/PBS缓冲液(v/v=1/199)中的荧光发射光谱图(激发波长380nm)。
图5为本申请实施例1制备的化合物(I)加入到不同pH的DMSO/PBS缓冲液(v/v=1/199)中,化合物(I)在560nm/470nm处的荧光强度的比值点状图。
图6为本申请实施例1制备的化合物(I)加入到pH从4.5~7变化DMSO/PBS缓冲液(v/v=1/199)中,在560nm/470nm处的荧光强度比值点状图的拟合曲线(激发波长380nm)。
图7为本申请实施例1制备的化合物(I)分别在DMSO/PBS缓冲液(pH=4和7.4,v/v=1/199)条件下,选择性结果的荧光图。其中,1-18分别为PBS、乙醛、苯甲醛、对硝基苯甲醛、对羟基苯甲醛、丙酮、甲酸、葡萄糖、谷胱甘肽、同型半胱氨酸、半胱氨酸、硫酸氢钠、双氧水、叔丁基过氧化氢、次氯酸、钠离子、钾离子、镁离子。
图8为本申请实施例1制备的化合物(I)在不同pH下的重复性结果图(激发波长380nm)。
图9为申请实施例1制备的化合物(I)与商品化的Lyso-Tracker Red的细胞成像图。
图10为申请实施例1制备的化合物(I)在不同pH环境下的细胞成像结果图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
实施例1:化合物(I)的制备
在干燥的25mL圆底烧瓶中,将化合物II(59.4mg,0.2mmol)溶解在5mL无水四氢呋喃中并冷却至0℃,随后依次加入化合物III(34.6mg,0.24mmol),冰乙酸(120mg,2mmol),最后分批加入三乙酰氧基硼氢化钠(168.8mg,0.8mmol)。将以上混合液转至室温并反应过夜。待原料反应完毕后,在减压条件下旋干有机溶剂,并用柱层析进行分离纯化,洗脱剂为二氯甲烷/甲醇=40:1(v/v),得到黄色固体40.3mg,产率49.2%。
Figure BDA0003521698530000071
1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ8.18(dd,J=8.0,1.2Hz,1H),8.01–7.99(m,1H),7.70(s,1H),7.54(d,J=8.2Hz,1H),6.76(t,J=6.0Hz,1H),3.69(t,J=9.4Hz,2H),3.65–3.59(m,5H),3.39–3.33(m,2H),2.51(t,J=7.7Hz,2H),2.44–2.41(m,4H),1.84(t,J=7.3Hz,2H),1.73–1.65(m,2H),1.42–1.34(m,2H),0.97(t,J=5.6Hz,3H).
13C NMR(125MHz,Chloroform-d)δ167.44,166.38,145.27,136.46,128.41,126.67,126.44,125.90,125.84,123.01,122.14,120.77,111.18,66.32,54.37,54.18,43.43,40.95,30.24,26.14,19.56.
其核磁氢谱参见图1,核磁碳谱参见图2。
实施例2:化合物(I)(5μM)在不同pH的DMSO/PBS缓冲液(v/v=1/199)中的荧光吸收光谱测试。
准确称取一定量实施例1制备的化合物(I),用二甲基亚砜配制成浓度为0.1mM的探针母液,移液枪吸取2μL加入到0.398mL不同pH值的PBS缓冲液(最终pH在水中的值为3.5到10)中,37℃下反应3h后,加入到96孔板中,然后测定化合物(I)的荧光发射光谱。
荧光吸收图谱见图3。实验结果表明,在pH值较低时,化合物(I)在380nm处的荧光吸收峰值较高;当pH逐渐呈中性和碱性时,化合物(I)在450nm处的荧光吸收峰值逐渐升高。说明探针对pH敏感。
实施例3:化合物(I)(5μM)在不同pH下的荧光发射光谱图。激发波长为380nm。
准确称取一定量实施例1制备的化合物(I),用二甲基亚砜配制成浓度为0.1mM的探针母液,移液枪吸取2μL加入到0.398mL不同pH值的PBS缓冲液(最终pH在水中的值为3.5到10)中,37℃下反应3h后,加入到96孔板中,然后测定化合物(I)的荧光发射光谱。
荧光图谱见图4。实验结果表明,在以380nm波长激发时,在pH值较低时,化合物(I)在470nm处的荧光强度较强;当pH呈中性和碱性时,化合物(I)在560nm处的荧光强度逐渐增强,而在470nm处的荧光强度逐渐较弱。说明探针对pH呈现比率变化。并将本申请中实施例1制备的化合物(I)在560nm/470nm处的荧光强度的比值做点状图,如图5。计算出化合物(I)的pKa值为5.2,适合作为溶酶体pH荧光探针。
并进一步将560nm处的荧光强度值除以470nm处的荧光强度值的数值为纵坐标,pH浓度为横坐标,做线性关系图,如图6。可以发现,在pH浓度为4.5~7的范围内,两者具有很好的线性关系,线性方程:y=-2.31x+7.15(R2=0.9946),证明了探针可通过荧光比率检测模式对近似溶酶体pH的酸性溶液中进行定量检测。
实施例4:化合物(I)(5μM)对pH的特异性研究。
准确称取一定量实施例1制备的化合物(I),用二甲基亚砜配制成浓度为0.1mM的探针母液,移液枪吸取2μL加入到0.398mL,分别添加了生命***中可能存在的18种化学物质。化合物(I)分别在DMSO/PBS缓冲液(pH=4和7.4,v/v=1/199)条件下选择性结果的荧光图如图7所示,结果显示,在分别添加了生命***中可能存在的18种化学物质之后,荧光比率I560nm/I470nm改变都很少,说明化合物(I)(5μM)对pH的特异性好,不受其他化学物质的干扰。
实施例5:化合物(I)(5μM)在不同pH下的重复性研究(激发波长为380nm)。
准确称取一定量实施例1制备的化合物(I),用二甲基亚砜配制成浓度为0.1mM的探针母液,移液枪吸取2μL加入到0.398mL pH值为4的PBS缓冲液中,37℃下反应1h后,加入到96孔板中,然后测定化合物(I)在激发波长为380nm时的荧光发射值。并将溶剂进行pH 4和7.4调试,反复测试此化合物(I)的pH重复性。
通过图8,发现荧光强度可以不断变化,证明探针检测pH具有一定的重复性。
实施例4:化合物(I)与商品化的Lyso-Tracker Red的细胞成像图。
准确称取一定量的探针(I),用二甲基亚砜配制成浓度为10mM的母液,移液枪吸取2μL加入到1.998mL DMEM培养基中。取1mL含有化合物(I)的培养液加入到Hela细胞中,37℃下孵化0.5h,用DMEM培养基洗涤两次,然后用商品化的Lyso-Tracker Red,37℃孵化20min,PBS洗涤两次,最终用Olympus Fluoview FV 1200共聚焦显微镜进行荧光成像。
图9为细胞共聚焦荧光成像效果图:(a)化合物(I)激发波长为405nm,接收波长范围为500–600nm,(b)Lyso-Tracker Red,激发波长为543nm,接收波长范围为590–640nm;(c)混合通道;(d)基准尺,20μm。
实验结果表明,化合物(I)可以检测细胞内溶酶体的pH(皮尔逊相关系数为0.95)。
实施例5:化合物(I)在不同pH环境下的细胞成像图。
准确称取一定量的探针(I),用二甲基亚砜配制成浓度为10mM的母液,移液枪吸取2μL加入到1.998mL不同pH的DMEM培养基中。取1mL含有化合物(I)的培养液加入到Hela细胞中,并加入1μL二甲基亚砜配制的尼日利亚菌素的母液,使尼日利亚菌素的终浓度为5μM,37℃下孵化0.5h,用DMEM培养基洗涤两次,最终用Olympus Fluoview FV 1200共聚焦显微镜进行荧光成像。
图10为细胞共聚焦荧光成像效果图。绿色通道:化合物(I)激发波长为405nm,接收波长范围为450–500nm;黄色通道:化合物(I)激发波长为405nm,接收波长范围为500–600nm;基准尺,20μm。
实验结果表明,化合物(I)在pH值升高时,黄色通道的荧光强度逐渐升高,而绿色通道内的荧光降低,因此,可以进一步检测细胞内pH的变化。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种溶酶体靶向pH荧光探针,其特征在于,具有如(I)所示的结构式:
Figure FDA0003521698520000011
2.如权利要求1所述溶酶体靶向pH荧光探针的制备方法,其特征在于,包括:
以化合物(II)、化合物(III)为反应物、添加冰乙酸和三乙酰氧基硼氢化钠,在溶剂中进行反应,反应结束后对反应液进行分离纯化,得结构式如(I)所示的溶酶体靶向pH荧光探针:
Figure FDA0003521698520000012
3.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述化合物(II)、化合物(III)、冰乙酸和三乙酰氧基硼氢化钠物质的量之比为1:1~1.2:10~12:4~5;所述反应的条件为:25℃~30℃搅拌反应10h~14h。
4.如权利要求1所述溶酶体靶向pH荧光探针在制备pH荧光检测产品中的用途。
5.根据权利要求4所述的用途,其特征在于,所述pH荧光检测产品为试纸条或试剂盒。
6.一种溶酶体靶向pH检测试剂盒,其特征在于,包括如权利要求1所述的溶酶体靶向pH荧光探针。
7.如权利要求1所述的溶酶体靶向pH荧光探针在细胞成像或在制备细胞成像试剂中的用途。
8.根据权利要求7所述的用途,其特征在于,所述细胞为肿瘤细胞。
9.一种非诊断目的的pH定量检测方法,其特征在于,包括:
将具有如(I)所示结构式的化合物加入待测溶液中,反应结束后以380nm为激发波长,分别测定560nm和470nm处的荧光强度值;然后将560nm处的荧光强度值除以470nm处的荧光强度值,所得结果代入线性标准曲线中计算得到待测溶液的pH值;
Figure FDA0003521698520000021
10.根据权利要求9所述的pH定量检测方法,其特征在于,所述待测溶液中溶酶体靶向pH荧光探针终浓度为5μM,所述待测溶液pH的值为4.5~7。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116283771A (zh) * 2023-01-12 2023-06-23 常熟理工学院 一种荧光化合物、其在测量溶液pH值中的应用及pH检测装置

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