肿瘤细胞靶向、核仁RNA结构选择性染色的红色吲哚半花菁类探针分子：设计、合成和作用机制研究

Recently, the tumor-targeting non-invasive red fluorescent probes have attracted tremendous attention in the fields of the diagnose of cancer relating disease. However, the majority of these probes exhibited inefficacious subcellular organelles staining, not to mention exhibiting capability both in selective staining of rRNA in nucleolus and imaging of tumor cells, which leads to serious lack of significant findings in plurifunctional nucleolus in a tumor cell. Therefore, it becomes one of scientific issues for urgent solution by exploiting a RNA-selective fluorescent probe with the integration of nuclear-selective staining and tumor-targeting capability, so as to exert probe's double labeling effect. Our recent research recently revealed that 3-vinyl indole-based hemicyanines showed nuclear membrane permeability, high contrast and brightness image of RNA-rich region in the nucleolus as well as antitumor effect, but poor selectivity between normal cells and cancer cells. In this proposal, the PI aims to develop a series of novel high effect tumor-targeting red fluorescent probes by means of linking up hemicyanines and the receptor-targeting functional moiety. The proposed studies will lucubrate in the target of the fluorescent probes at the cellular level and relevant molecular mechanism in order to discover the potential target for tumor growth inhibition through the systemic assessment of bioactivity in vitro, and provide more scientific basis for the design of drugs with high potency of tumor cell targeting and nucleolus selectivity.

近年来具有肿瘤细胞靶向的非侵袭式红色荧光探针在肿瘤疾病诊断方面备受关注。然而，这类探针绝大多数不能高效选择染色亚细胞结构，特别是兼具核仁结构染色的探针分子尚未出现，严重限制了在肿瘤细胞核仁结构功能方面的重要发现。因而，开发兼具肿瘤细胞靶向同时高效选择标记核仁结构的RNA荧光探针分子，充分发挥其双重标记作用，成为亟需解决的关键科学问题之一。项目组近期发现吲哚半花菁类荧光分子具有核膜渗透性，可在肿瘤细胞核仁结构中RNA富集区高选择性高对比度成像并且表现出明显的肿瘤抑制活性，但在正常细胞与肿瘤细胞之间的靶向选择方面存在明显缺陷。本项目拟在已有工作基础上，将该类化合物与肿瘤受体靶向分子相连，设计合成具有肿瘤细胞靶向的高选择性核仁染色的新型红色探针分子。通过对其作用机制研究和相关生物活性评价，旨在发现核仁结构中潜在的肿瘤抑制靶点，为高效选择性肿瘤细胞核仁靶向的药物分子设计提供充分的科学依据。

近年来具有肿瘤细胞靶向的非侵袭式荧光探针在肿瘤疾病诊断方面备受关注。如何设计兼具肿瘤细胞靶向同时高效选择标记核仁结构的红色荧光探针分子，成为该领域的一大挑战。核仁结构作为rRNA生物合成的重要场所，其选择性标记及其结构功能的阐释仍需要深入研究。本项目从红色吲哚半花菁类化合物结构出发，通过结构优化获得了27个探针分子，优选活性好HQI作为活性探针片段，巧妙设计可自关环的二肽片段（L-Pro-GLy）作为连接桥，成功的将HQI与靶向GGT的靶头分子L-谷氨酸相连，获得了靶向高表达GGT酶肿瘤细胞的探针分子QI-Glu。经体外γ-GT酶水平测试，细胞成像，抗肿瘤作用机制研究和荷瘤小鼠活体成像等综合评价，表明探针QI-Glu可靶向GGT高表达的肺癌细胞，进入细胞后经GGT水解释放生物活性片段HQI，后者抑制阻断RNA聚合酶Pol I 调控阻断Pre-rRNA的转录，激活核仁应激，提升p53表达水平，促进肿瘤细胞凋亡。同时该探针具有红色荧光特性可直接用于检测示踪，靶向定位肿瘤组织。以上发现已达到预期目标，研究成果即将发表。该项目研究成果为核仁结构靶向的荧光探针及抗肿瘤药物分子设计提供了十分有价值的研究参考。受该探针结构启发，设计合成了高活性高选择性PDE10抑制剂14，其口服生物利用可达50%，具有显著的抗肺动脉高压药效（APSB 2020）。同时设计出活细胞内PDE10靶向示踪的荧光探针BVQ1814，发现PDE10功能与溶酶体相关（审稿中）。本项目资助下，申报人以第一作者或共同通讯作者发表SCI研究论文3篇（IF>6的文章2篇），1篇文章审稿中，1篇文章投稿中，总共5篇都在正刊部分备注并致谢该项目。受该项目资助，申报人的研究成果获得后续基金支持包括：教育部高校青年教师培育计划1项（2020年，15万）和广东省面上基金支持1项（2021年，10万），参与培养研究生5名。