光聲應(yīng)用：選擇性檢測(cè)肥胖相關(guān)的兩種酶活性

背景：

肥胖是一種因體內(nèi)過(guò)量脂肪堆積而導(dǎo)致的慢性病，長(zhǎng)期肥胖產(chǎn)生的系統(tǒng)性炎癥（Systemic inflammation）常常導(dǎo)致和加重心血管疾病、二型糖尿病、高血壓甚至腫瘤等病癥。作為炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)，單酰基甘油脂酶（Monoacylglycerol lipase，MGL）和脂肪酰胺水解酶（Fatty acid amide hydrolase，F(xiàn)AAH）可共同作用生成花生四烯酸（Arachidonic acid，AA），而花生四烯酸在肥胖者體內(nèi)與食欲、新陳代謝速率有著直接關(guān)聯(lián)。因此，如果能夠監(jiān)控體內(nèi)單酰基甘油脂酶（MGL）和脂肪酰胺水解酶（FAAH）的含量或濃度，就可以一定程度上預(yù)測(cè)被測(cè)者的罹患段首所述病癥的可能性。然而傳統(tǒng)用于確定這兩種酶表達(dá)水平的免疫組織化學(xué)染色等方法無(wú)法直觀評(píng)估酶活性，因?yàn)槊富钚钥赡芤虻孜锏臐舛�、輔助因子以及局部組織環(huán)境的變化（如pH）而發(fā)生顯著變化。

探針設(shè)計(jì)

針對(duì)于該限制，Melissa Y Lucero等人首次開(kāi)發(fā)出酶活性檢測(cè)探針，通過(guò)光聲成像，可選擇性檢測(cè)MGL和FAAH的酶活性。之所以使用光聲，是因?yàn)槌上裆疃却�，且信�?hào)在動(dòng)物體內(nèi)擾動(dòng)少，因而可以獲得深達(dá)10厘米的微米精度成像。而其選擇性來(lái)自于不同基團(tuán)的降解：盡管使用同一個(gè)顯影劑分子，但作者通過(guò)酯鍵將AA接在顯影劑上，使其用于檢測(cè)MGL酶活性；通過(guò)肽鍵將AA接在顯影劑上，用于檢測(cè)FAAH酶活性。同時(shí)，為了保證探針高效穩(wěn)定，作者在顯影劑分子設(shè)計(jì)中加入半菁染料（Hemicyanine dye，HD，能使感光材料增加感光性的一類染料，也稱為增感染料）提高信號(hào)強(qiáng)度（圖1）。 

測(cè)試結(jié)果

作者首先進(jìn)行了兩種探針的表征。經(jīng)過(guò)半菁染料修飾的顯影劑2、3（見(jiàn)圖1）分別在入射光波長(zhǎng)740 nm和730 nm處達(dá)到光聲信號(hào)頂峰，而修飾了花生四烯酸的顯影劑PA-HD-MGL和PA-HD-FAAH則在整個(gè)近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)都只有微弱的光聲信號(hào)。因此，MGL和FAAH通過(guò)降解相應(yīng)的顯影劑，就能分別獲得7.29和4.15倍的光聲信號(hào)強(qiáng)度（圖2），達(dá)到選擇性檢測(cè)目的。

最后，作者也進(jìn)行了細(xì)胞和動(dòng)物肥胖模型實(shí)驗(yàn)。并成功觀察到肥胖小鼠體內(nèi)MGL和FAAH含量的大幅增加（圖3）。

作者通過(guò)巧妙的化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得定量、選擇性測(cè)定MGL、FAAH酶活性成為可能。并為肥胖者體內(nèi)兩種酶含量較正常人更高的理論提供數(shù)據(jù)支持。