近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所“農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估”創(chuàng)新團(tuán)隊，聯(lián)合北京化工大學(xué)有關(guān)團(tuán)隊，發(fā)明了一種由分子模擬方式設(shè)計的新型DNA納米熒光探針，該探針具有高靈敏度、高特異性，避免了多通道熒光相互干擾帶來的假陽性信號，在大蒜素對細(xì)胞及荷瘤小鼠中氧化還原水平的調(diào)控能力及機(jī)制研究中得到成功應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表在納米領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Nano Today》（IF:18.963）上，并已獲得國家發(fā)明型專利授權(quán)（ZL202010544295.4）。

 

　　大蒜素是由大蒜中的蒜氨酸酶催化蒜氨酸，經(jīng)分解合成而形成的一種有機(jī)硫化合物，因其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，具有調(diào)控生物體氧化還原作用的營養(yǎng)活性。在氧化應(yīng)激相關(guān)的分子反應(yīng)中，機(jī)體脫嘌呤嘧啶核酸內(nèi)切酶APE1的活性表達(dá)水平與活性氧物種ROS含量具有緊密的關(guān)聯(lián)性，而以ROS及APE1的正交原位報告手段為切入點(diǎn)，研究大蒜素氧化還原水平調(diào)控的相關(guān)機(jī)制尚未見有報道。

 

　　為此，研究團(tuán)隊利用分子模擬工具，創(chuàng)新設(shè)計了基于DNA納米結(jié)構(gòu)的雙通道熒光探針，用于體外和體內(nèi)成像闡釋大蒜素調(diào)控氧化還原水平作用機(jī)制。分子模擬輔助消除了由于多熒光團(tuán)間不良交互作用引起的假陽性信號，提高了探針的靈敏度和特異性；將親核靶點(diǎn)NLS引入探針中，幫助其有效進(jìn)入細(xì)胞核，并闡釋亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中ROS及APE1的表達(dá)。將活細(xì)胞及荷瘤小鼠中的ROS和APE1表達(dá)進(jìn)行定量、定位研究，結(jié)果顯示ROS升高導(dǎo)致了APE1過表達(dá)，這主要因?yàn)榛蚪MDNA和mtDNA中累積的堿基受損。將該熒光探針在天然產(chǎn)物大蒜素的活性研究中進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果顯示大蒜素能夠有效減輕細(xì)胞氧化應(yīng)激、保護(hù)細(xì)胞免受氧化刺激。

 

　　該工作展示了一種可廣泛推廣的策略來構(gòu)建基于納米結(jié)構(gòu)的分子探針，可在活細(xì)胞和實(shí)驗(yàn)動物中成像多個目標(biāo)，用于深入了解活細(xì)胞及活體中的分子相互作用機(jī)制，同時也為大蒜素的功效研究與創(chuàng)新研發(fā)、產(chǎn)品加工與開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)和重要技術(shù)手段。

 

　　本研究得到了國家特色蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項目資助。論文由我所博士研究生潘燁燦為第一作者，錢永忠研究員和北京化工大學(xué)蘇昕教授等為共同通訊作者。

 

　　原文連接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2022.101573