湖南大学聂和民教授团队:细胞纤维连接蛋白靶向荧光适配体探针用于肝纤维化的早期检测和分期诊断

文摘   2024-11-04 16:41   中国  

图1. a) ZY-1结合cFN的示意图,结合位点位于FNIII 12-14结构域。b) TGF-β处理后的LX-2细胞与FAM标记的ZY-1孵育后的荧光图像,以未处理的LX-2细胞作为对照。c-d) 流式细胞术分析Cy5标记的ZY-1对诱导前后LX-2细胞的亲和力。

      纤维化是一种常见的组织(器官)病理变化,其特征是细胞外基质(ECM)成分在损伤反应中出现过度沉积。对纤维化的早期诊断和精准分期对指导慢性疾病的临床治疗及改善预后具有重要意义。纤维连接蛋白(FN)作为ECM的关键成分,在组织(器官)炎症反应消退后的ECM沉积过程中表现出高度表达,其沉积速率可作为评估纤维化进展的重要指标。目前,市面上已有的检测产品无法区分血浆纤维连接蛋白(pFN)和细胞纤维连接蛋白(cFN),这限制了活体内对非pFN的检测及组织纤维化的精准分期。

      湖南大学聂和民教授团队前期报道了一条由65个核苷酸组成的DNA适配体ZY-1,该适配体对纤维连接蛋白(FN)表现出高特异性和高亲和力。更为关键的是,ZY-1能够特异性识别细胞纤维连接蛋白(cFN),而不与血浆中大量存在的血浆纤维连接蛋白(pFN)结合(图1a)。因此,ZY-1有望成为组织纤维化分子成像的靶向配体。团队研究发现ZY-1的确可应用于监测肝星状细胞(LX-2细胞系)中cFN的表达量。LX-2经TGF-β诱导后cFN的表达量上升,ZY-1与之结合能力上升(图1b),Kd值从诱导前的110.6±11.74 nM 下降至诱导后的 55.8±8.79 nM(图1c,d)。

图2. a) 随机适配体-Cy5、ZY-1-Cy5 和 ZY-1-AFP 对不同小鼠的标准化肝脏时间-信号强度曲线及相应的曲线下面积(AUC_0-170 min)分析。FIR:荧光强度比。b) 随机适配体-Cy5、ZY-1-Cy5 和 ZY-1-AFP 的对数转化的FPA与AUC_0-170的散点图。c) 随机适配体-Cy5、ZY-1-Cy5 和 ZY-1-AFP 在不同小鼠中的曲线下面积(AUC_20-130 min)分析。d) 随机适配体-Cy5、ZY-1-Cy5 和 ZY-1-AFP 在不同小鼠的AUC_20-130 min 箱线图分析。

      团队随后设计了基于ZY-1的荧光探针(包括荧光常开型探针ZY-1-Cy5 和激活式探针ZY-1-AFP),开展了不同荧光探针(以随机适配体荧光探针作为对照)在不同进程肝纤维化小鼠体内的动态荧光成像,探究不同荧光探针在活体内的摄取和洗脱速率与纤维化程度的相关性。箱线图结果表明,随机荧光探针的确无法区分正常小鼠、早期纤维化小鼠和晚期纤维化小鼠(图2d左)。对于ZY-1荧光探针,正常小鼠、早期纤维化小鼠和晚期纤维化小鼠的AUC_20-130值存在显著性差异(图2d中、右)。以上分析有力地证明了ZY-1荧光探针(包括ZY-1-Cy5 和ZY-1-AFP)皆具有检测早期肝纤维化并区分不同纤维化程度肝脏的能力。

      综上,本研究首次报道了适配体ZY-1在早期肝纤维化检测和分期中的应用。研究结果表明,基于ZY-1的荧光探针能够有效识别和区分早期与晚期肝纤维化的动物模型。这一概念验证性研究提供了有力证据,表明基于ZY-1的探针是纤维化疾病早期诊断和分期的有效工具,为进一步发展符合临床需求的纤维性疾病诊断策略奠定了基础。

作者简介:

      聂和民,湖南大学教授,中国生物医学工程学会资深会员,2023年起任湖南省生物医学工程学会常务副理事长、湖南省生物材料学会副会长,2024年任湖南省生物医学工程学会干细胞与器官工程专委会候任主任委员、湖南省数字医学学会医学智能影像分会副主任委员。长期致力于器官再生与疾病可视化领域的研究工作,主持国家及省部级项目多项,获甘肃省科技进步二等奖,发表了30余篇高水平论文,并在人工毛囊和纤维化疾病的早期诊断两个方向开展转化应用研究。

      本项工作得到了湖南大学超算中心彭绍亮教授、中南大学湘雅二医院放射科刘军教授、湖南中南大学湘雅口腔医院正畸科雷蕾副教授的大力支持和专业指导。

论文信息:
Mengjun Ge, Haitao Zou, Jiahao Chen, Qinyao Zhang, Chang Li, Jiaxing Yang, Jiumei Wu, Xing Xie, Jun Liu, Lei Lei*, Shaoliang Peng, Hemin Nie*, Cellular fibronectin-targeted fluorescent aptamer probes for early detection and staging of liver fibrosis. Acta Biomaterialia, 2024.

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.10.022

50天开放连接:
https://authors.elsevier.com/sd/article/S1742-7061(24)00614-7

      本研究得到了国家自然科学基金、湖南省重点研发计划、湖南省自然科学基金项目的资助。

Acta Biomaterialia
High impact biomaterials research advancing understanding of structure, properties, and function
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