DPP-IV特异性荧光探针研发及应用基础研究

Quantitative determination of dipeptidyl peptidase-IV (DPP-IV) activity is significant for new drug development, personalized medicine and mechanistic study to understand the occurrence and progression of DPP-IV-related diseases. The selective distinguishment of DPP-IV and its isozyme using specific fluorescent probe is a severe challenge to the development of DPP-IV. Based on the preliminary work, design, synthesis and characterization of DPP-IV fluorescent probes will be performed combing both the structural characteristics of DPP-IV preferred substrates and fluorescent substrates. Theoretical simulation will be adopted to guide the structural optimization of DPP-IV substrates to obtain specific fluorescent probe with high-quality for DPP-IV. High-throughput and sensitive detection methods will be developed to achieve quantitative determination of DPP-IV in different biological systems, inhibitor screening of DPP-IV and diagnosis as well as live cell/tissue functional imaging studies. Eventually, a whole development and application of technology system for DPP-IV specific fluorescent probe will be constructed.

定量评估二肽基肽酶-IV(DPP-IV)的活性对于新药研发、临床个性化诊疗以及DPP-IV相关疾病的发生发展机制研究意义重大。实现DPP-IV与其同工酶的特异性区分是当前DPP-IV特异性荧光探针研发所面临的一大挑战。本项目拟在前期工作基础上，从DPP-IV空间结构及其偏好底物的结构特征入手，结合荧光检测的优势，开展系列DPP-IV荧光探针底物的理性设计、化学合成、特异性筛选及优化、光谱学属性表征及生物学应用等研究。借助计算模拟，从实验与理论两方面剖析探针底物结构与酶选择性及荧光属性间的关系，寻找结构与上述属性间的最佳契合点，进而设计研发高品质的DPP-IV特异性荧光探针底物。在此基础上，开发DPP-IV的高通量、高灵敏检测方法并将其用于不同生物体系中DPP-IV的活性表征、抑制剂筛选及活细胞/组织功能成像研究。最终构建一整套DPP-IV特异性荧光探针底物的研发及应用技术体系。

二肽基肽酶-IV（DPP-IV）是肽酶家族的重要成员，广泛分布于哺乳动物脏器的上皮细胞及血管内皮细胞，其中在肾脏中表达最高，也能以溶解形式存在于体液中，但含量较低，如血液、尿液等。DPP-IV在内源性及外源性物质代谢中发挥重要作用，已经成为治疗2型糖尿病重要靶点。另外DPP-IV与多种疾病的发生发展密切相关。临床研究表明许多疾病如肺癌、肾病、肝病等会引起患者血液或尿液DPP-IV含量显著改变，使血液或尿液中的DPP-IV可作为这些疾病诊断的标志物。因此，定量评估DPP-IV的活性对于新药研发、临床个性化诊疗以及DPP-IV相关疾病的发生发展机制研究意义重大。在过去三年中，本研究以DPP-IV偏好配体的结构特征为切入点，系统开展DPP-IV特异性荧光探针分子的理性设计、DPP-IV及其同工酶选择性筛选与优化等多属性评估研究，优选出两种特异性好、灵敏度高、抗环境干扰能力强的实用型荧光探针底物，并将其用于不同生物体系中DPP-IV酶活的快速定量检测、DPP-IV抑制剂的高通量筛选、及活细胞和活组织层面DPP-IV定量检测和功能成像研究，主要研究进展包括：1）设计合成系列新半菁荧光母体化合物，制备萘酰亚胺类和双苯乙烯类荧光探针母核；2）进行了荧光探针母核优选与DPP-IV双光子荧光探针和近红外荧光探针合成研究；3）进行了DPP-IV与荧光探针底物结构催化选择性关系研究；4）完成了DPP-IV酶活性表征方法学构建与验证研究；5）进行特异性DPP-IV荧光探针生物学应用研究。研究表明开发的双光子DPP-IV荧光探针GP-BAN可直接用于血样、细胞及组织等复杂生物样品中DPP-IV的检测；可以实现血液为DPP-IV酶源进行天然DPP-IV抑制剂高通量筛选；可用于糖尿病患者分型及个性化用药指导（检测血液）。截止目前，本课题已圆满完成课题任务书中计划的各项研究内容，其科研任务量已大大超出原有计划任务。本项目共发表SCI论文10篇；申报国家发明专利2项，已授权1相；培养博士后1名，博士研究生1名，硕士生3名。