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基于铁代谢的衰老细胞成像探针构建及其应用研究

基于铁代谢的衰老细胞成像探针构建及其应用研究

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作者：罗茜元湖南大学

学位级别：硕士

随着人类寿命的延长,衰老与年龄相关疾病成为一个全球性的问题。衰老是生物体生理功能随时间逐渐退化的过程,常伴随多种年龄相关疾病的发生,严重影响人类健康寿命。细胞衰老是机体衰老的重要标志,是一种异质性和复杂的应激反应,可由内... 详细信息

随着人类寿命的延长,衰老与年龄相关疾病成为一个全球性的问题。衰老是生物体生理功能随时间逐渐退化的过程,常伴随多种年龄相关疾病的发生,严重影响人类健康寿命。细胞衰老是机体衰老的重要标志,是一种异质性和复杂的应激反应,可由内源性因素和外源性刺激触发。衰老细胞在机体内的不断积累会造成组织功能的紊乱,身体机能的衰退,诱发多种年龄相关疾病甚至癌症的发生。因此实现衰老细胞的特异性成像有望为衰老相关疾病诊断和机制研究提供独特的解决方案,也成为前沿研究领域的热点及难点之一。然而,目前针对衰老细胞的成像策略大多依赖于β-半乳糖苷酶(β-galactosidase,β-gal),标志物较为单一,并且β-gal也会在非衰老细胞中高表达,易产生假阳性信号,因此迫切需要开发多参数识别探针用于提高细胞衰老过程成像的特异性和准确性。基于此,本论文基于细胞衰老及年龄相关疾病中铁代谢异常的特征,构建新型双参数识别成像探针用于衰老细胞的特异性成像,主要研究内容如下:(1)为了提高衰老细胞成像特异性,我们基于细胞衰老过程及年龄相关疾病中铁异常累积的特点,构建了β-gal-亚铁离子双响应纳米荧光探针,并用于化疗药物诱导的细胞衰老过程的成像监测。该探针由衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)响应性的两亲性分子PF和亚铁激活型染料Ferro Orange通过溶剂挥发法制备而来。在SA-β-gal作用下,PF中β-D-吡喃半乳糖残基被水解,从而引发连接体的自消除,导致纳米胶束解体,释放Ferro Orange,随后Ferro Orange荧光被衰老细胞内过量的亚铁离子激活,实现了衰老细胞的特异性成像。(2)为进一步提高成像探针的灵敏度,我们在上述工作的基础上引入自噬激活剂Torin1,构建了负载亚铁激活型染料Ferro Orange和自噬激活剂Torin1的SA-β-gal响应型纳米探针PF-Torin1-Ferro。该探针在衰老细胞SA-β-gal作用下解体并释放亚铁染料Ferro Orange和自噬激活剂Torin1,Torin1通过酸化衰老细胞溶酶体,恢复溶酶体功能,增强自噬,降解铁蛋白释放更多的亚铁离子,进一步扩大增殖细胞和衰老细胞的铁信号差距,成功实现了衰老细胞的信号放大成像。同时,该策略还可监测自噬激活过程中的亚铁离子信号变化。这项策略为开发新型衰老细胞生物标志物和衰老细胞精准成像方法提供了新思路,为未来深入研究衰老细胞自噬激活机制以及研发新型抗衰老药物奠定了基础。

关键词：双参数识别荧光成像细胞衰老衰老相关β-半乳糖苷酶铁代谢自噬

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