山东师范大学唐波团队JACS：双色/可逆荧光成像揭示O2•-和ATP在肝缺血再灌注损伤中的作用

研究内容

肝缺血再灌注损伤(HIRI)是肝移植后移植物排斥反应导致发病或死亡的主要原因。在HIRI过程中，超氧阴离子(O2•-)和腺苷-5′-三磷酸(ATP)被确定为与氧化应激和能量代谢相关的关键生物标志物。然而，O2•-和ATP的时间和空间波动如何协调HIRI的变化，特别是它们在HIRI的病理机制中如何协同调节仍不清楚。

山东师范大学唐波、李平、Tony D. James、张雯和吴庐陵设计并成功合成了一种双色双可逆分子荧光探针(UDP)，用于实时动态同时显示O2•-和ATP，揭示了它们在HIRI中的相互关系和协同作用。UDP原位成像首次揭示了HIRI过程中肝细胞和小鼠肝脏中同步的O2•-爆发和ATP耗竭。在再灌注过程中观察到ATP的轻微增加。相关工作以“Unveiling the Crucial Roles of O2•- and ATP in Hepatic Ischemia-Reperfusion Injury Using Dual-Color/Reversible Fluorescence Imaging”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

研究要点

要点1.作者利用罗丹明-内酰胺骨架与咖啡酸部分结合，制备了一个双色双可逆分子平台(UDP)，用于实时检测和动态成像O2•-和ATP。UDP对O2•−和ATP具有优异的灵敏度、选择性和可逆性，使UDP适合于检测O2•-与ATP，并在没有光谱串扰的情况下在蓝色(O2•-：蓝色通道，λex=380 nm，λem=470 nm)和红色(ATP：红色通道，λex=520 nm，λem=588 nm）荧光通道产生独立的响应。

要点2. UDP在被O2•-和ATP激活时分别表现出高达26倍和204倍的荧光响应。UDP对O2•-和ATP也表现出高选择性和可逆性。UDP原位成像首次揭示了HIRI过程中肝细胞和小鼠肝脏中同步的O2•-爆发和ATP耗竭。令人惊讶的是，在再灌注过程中观察到ATP的轻微增加。

要点3. UDP荧光成像和商业试剂盒的生化数据的结合阐明了细胞内O2•-—琥珀酸脱氢酶(SDH)—线粒体(Mito)还原烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)—线粒体ATP—细胞内ATP级联分子机制。

研究图文

图1. UDP的结构和光学特性。

图2. UDP的可逆性、光谱串扰和生物毒性评估。

图3. 2-ME或寡霉素A刺激的肝细胞中O2•-和ATP波动的共聚焦荧光成像。

图4. 肝细胞在HIRI全过程中O2•-和ATP波动的动态可视化以及HIRI药物NAC的干预效果。

图5. HIRI期间小鼠肝脏中O2•-和ATP动力学的实时可视化。

图6. HIRI中涉及O2•-和ATP的潜在信号通路。

文献详情

Unveiling the Crucial Roles of O2•- and ATP in Hepatic Ischemia-Reperfusion Injury Using Dual-Color/Reversible Fluorescence Imaging

Jihong Liu, Wen Zhang,* Xin Wang, Qi Ding, Chuanchen Wu, Wei Zhang, Luling Wu,* Tony D. James,* Ping Li,* Bo Tang*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.3c04303