四川大學華西醫(yī)院麻醉與危重急救研究室柯博文團隊于2018年3月在Analytical Chemistry發(fā)表文章”In Vivo Bioluminescence Imaging of Cobalt Accumulation in a Mouse Model”（影響因子6.24）（長按下方二維碼即可閱讀原文）。
鈷是極為重要的生命元素，是生物體內(nèi)必需的微量元素，對生物體的新陳代謝至關重要。在氫酶、甲基輔酶M還原酶、一氧化碳脫氫酶、超氧歧化酶和尿酶活性中心中均發(fā)現(xiàn)鈷離子（Co2+），而Co2+本身也具有多種重要生理作用，在神經(jīng)系統(tǒng)正常功能的維持、紅細胞的生成、DNA合成和氨基酸代謝等各種生理過程中扮演著十分重要的角色。眾所周知，人體內(nèi)鈷缺乏會導致心血管、貧血、骨髓炎、青光眼等系列嚴重疾病。因此鈷穩(wěn)態(tài)對于機體正常生理機能的重要性可見一斑。
由于長期缺乏有效的生物分析工具，使得Co2+的生物學研究無法深入。亟需一種可以實現(xiàn)活體水平Co2+的動態(tài)可視化檢測的方法和工具以深入探究鈷相關的生理和病理過程。為了解決這一難題，課題組設計和發(fā)展了全世界第一個可用于活體成像的Co2+探針。利用基于生物發(fā)光成像（bioluminescence imaging，BLI）技術的非入侵性策略構建了檢測平臺，以滿足Co2+在動物體內(nèi)成像的嚴格標準。此方法打破傳統(tǒng)熒光成像的固有局限性，表現(xiàn)出靈敏度高和背景干擾低等顯著優(yōu)勢，十分適用于深部組織成像和長期活體動物的研究。利用“cage”策略，將適當?shù)谋Ｗo基團與螢光素酶底物相連接，阻止生物發(fā)光的產(chǎn)生，當目標分析物選擇性地與探針相互作用之后，釋放螢光素酶底物，隨后螢光素酶可以將ATP的化學能轉(zhuǎn)移到光信號中從而可以進行分析檢測。課題組設計并合成的一種用于選擇性檢測Co2+的新型Co2+生物發(fā)光探針（CBP-1）驗證了這一概念的可行性。通過使用這種探針，我們成功地實現(xiàn)了第一次在完整的活體動物模型中實時監(jiān)測Co2+水平波動的生物成像，這為研究Co2+在體內(nèi)的系統(tǒng)分布、毒性、生物效應以及理解生物系統(tǒng)中鈷參與的復雜分子過程提供了有力的分析手段。
用于Co2+檢測的CBP-1構建機制圖（上）以及腹腔內(nèi)給藥注射CBP-1的FVB-luc+ 小鼠在Co2+（200 μL，100 mmol/L）口服給藥后1、24、48、72 h的生物發(fā)光成像（左）和總光通量（photon/s）結果（右）
專家點評
楊浩教授：基于螢火蟲-螢光素酶生物發(fā)光體系所建立的特異性小分子光學探針，通過引入能與Co2+絡合并發(fā)生化學鍵斷裂的反應，成功地將探針應用于體內(nèi)實時原位檢測Co2+的含量、分布及動態(tài)變化。鈷參與體內(nèi)多種生理過程，其不正常的變化會造成體內(nèi)生態(tài)平衡的紊亂，從而引發(fā)各類疾病。由于活體水平，人體和動物本身并沒有生物發(fā)光的信號，因此生物發(fā)光探針干擾小、信噪比高、靈敏度好及選擇性強，較傳統(tǒng)檢測方法具有可實時原位檢測等無可比擬的優(yōu)勢?；谝呀⒌纳锇l(fā)光體系，使用四價配體N3O結構作為Co2+特異性的識別基團，應用所發(fā)展的生物發(fā)光探針設計策略，實現(xiàn)對Co2+高靈敏度、高選擇性的分析檢測。在成功開發(fā)探針的基礎上，進一步考察了不同攝入途徑對體內(nèi)Co2+蓄積的影響，也進一步驗證了所發(fā)展的Co2+探針的科學價值。
楊浩，副研究員，2010年于華西臨床醫(yī)學院獲得博士學位，2013年博士后出站并留四川大學華西醫(yī)院衛(wèi)生健康委重點實驗室工作。2018年開始從事蛋白質(zhì)組學研究，并兼職主管四川大學華西醫(yī)院蛋白質(zhì)組學公共技術平臺。研究工作主要圍繞腫瘤等慢性疾病，利用蛋白質(zhì)工程手段開發(fā)新型蛋白質(zhì)靶向分子機器，針對相關靶點進行診斷和干預治療研究，同時利用蛋白質(zhì)組學等方法研究疾病發(fā)生發(fā)展分子機制，描畫疾病相關生物標志物圖譜。重點圍繞腫瘤免疫分子腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）開展藥物長效化靶向遞送和聯(lián)合用藥等工作，致力于推動TRAIL向臨床轉(zhuǎn)化。主持國家自然科學基金（NSFC）面上項目、NSFC青年基金、中國博士后基金特別資助、中國博士后基金面上項目、四川大學博士后專項基金特別資助等項目。作為主研人員，參與臨床重點?？浦攸c實驗室建設項目、國家科技部973等10余項研究。以第一作者和（或）通訊作者在Theranostics、J Control Release、J Biol Chem 等雜志發(fā)表SCI論文十余篇。
作者投稿心得
作為體內(nèi)重要元素，Co2+的體內(nèi)分析與監(jiān)測是課題組一直關注的方向。然而，如何獲得Co2+特異性檢測的識別基團，在研究的很長一段時間里，課題組通過大量的工作和篩選，并找到?jīng)]有合適的思路。但在另外一個研究中，所設計的探針沒有表現(xiàn)出對檢測底物的靈敏度和特異性，卻顯示出對Co2+具有良好的分析功能。從某種程度上講，大量的篩選+好的運氣是這篇文章能夠發(fā)表的關鍵詞。
第一作者
柯博文，理學博士，碩士研究生導師，四川大學華西醫(yī)院麻醉與危重急救研究室研究員。課題組圍繞圍術期醫(yī)學重大需求，綜合麻醉學、神經(jīng)科學、藥學等多學科交叉，在轉(zhuǎn)化醫(yī)學的研究與創(chuàng)新方面開展了系統(tǒng)的探索性工作，形成了極具個人特色的研究體系：開發(fā)了全世界第一個一氧化碳藥物；聚焦臨床應用進行麻醉藥物的創(chuàng)新研究；發(fā)展分子探針和光學技術實現(xiàn)手術可視化。所在團隊承擔了十余項科研課題，其中包括：擔任國家科學部“十二五”重大新藥創(chuàng)制課題副組長、主持國家自然科學基金2項等。目前以通訊作者和（或）第一作者發(fā)表SCI文章數(shù)十篇，單篇論文最高影響因子40.18；授權中國專利3項，國際專利3項。所主持和參與開發(fā)四個麻醉手術新藥的臨床前/臨床Ⅱ期/臨床Ⅲ期研究。先后榮獲Cell出版社國際學術獎、中國藥學會-施維雅青年藥物化學家獎、四川大學青年科技人才獎，四川大學優(yōu)秀青年學者獎等多項榮譽?，F(xiàn)任中華醫(yī)學會麻醉分會臨床研究及轉(zhuǎn)化醫(yī)學組副組長、四川省智能醫(yī)學分會理事。相關研究成果被健康報、人民網(wǎng)、新浪網(wǎng)等數(shù)十家媒體報道和轉(zhuǎn)載。
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本文編輯：張世雯
本文排版：陳紅梅 張洪雪