纳米级MOL通过谷胱甘肽和pH的比例传感检测线粒体失调和化学抗性

本文转自x-mol
作为细胞内的供能场所，线粒体的稳态是维持细胞正常工作的基本条件，线粒体稳态失衡会阻止细胞增殖并引起细胞死亡。正确理解病理生理过程中的线粒体稳态失衡现象，对许多疾病的治疗具有重要的预测作用，譬如肿瘤耐药。谷胱甘肽（GSH）是维持细胞内氧化还原稳态的重要抗氧剂，在细胞质内合成并分布在不同亚细胞结构中，其中线粒体内的GSH承担着维持适当的氧化还原环境以避免线粒体氧化应激诱导细胞死亡的重要职责。此外，正常线粒体的pH值为碱性，但线粒体稳态失衡会影响离子流入并在线粒体膜上产生质子梯度，从而降低线粒体基质中的pH值。因此，开发用于线粒体内GSH和pH的传感器以指示线粒体态失衡具有重要意义。

近日，芝加哥大学林文斌教授基于金属有机层（MOL）的深入研究，构建了能够用于线粒体内GSH和pH比例传感的生物传感器NA@Zr-BTB/F/R。该传感器包含Zr6金属氧簇节点（SBU）和BTB-NH2配体，其中GSH特性的NA与SBU上封端基团交换，pH敏感的FITC和GSH/pH惰性的RITC与BTB-NH2共价键合。细胞实验证明，NA@Zr-BTB/F/R是线粒体中GSH和pH的可靠且准确的比例传感器。

图1. MOL的构建与细胞内成像机制。

图2. MOL的结构表征。

TEM显示MOL直径约为180 nm的片状单层结构，AFM显示厚度为~1.5 nm，晶格条纹兼具~2 nm。PXRD证实MOL具有良好的稳定性，体外实验表明，NA@Zr-BTB/F/R对GSH具有快速响应特性。

图3. 细胞内MOL分布。

阳离子特性的MOL从溶酶体中逃逸后，特异地富集于线粒体内。

图4. NA@Zr-BTB/F/R在顺铂或HEPES处理的A2780和A2780cis细胞内高分辨率比率荧光成像。

据报道，包括铂类药物在内的许多化学疗法通过引起线粒体稳态失衡来诱导细胞死亡。将顺铂敏感的A2780cis细胞和顺铂耐药的A2780细胞分别用顺铂进行处理后，在激光共聚焦显微镜评估NA@Zr-BTB/F/R作为比率型纳米传感器的适用性实验中，顺铂处理的A2780细胞呈现较低的GSH浓度和pH值，而未经顺铂处理的A2780细胞呈现处较高的GSH浓度和正常pH值。对于顺铂耐药A2780cis细胞，无论顺铂处理与否，都呈现出高GSH浓度和pH值。该实验表明，在晚期凋亡的细胞内才会发生线粒体稳态失衡，即GSH降低和基质酸化。

这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的共同第一作者是凌祥和龚徳雁。