研究进展：细胞色素酶p450（CYP）在人体多种外源性和内源性物质的氧化中起着至关重要的作用。其中，P450 2D6（CYP2D6）是介导人体多种药物和内源性物质代谢的关键酶。许多治疗指数较窄的抗高血压药、抗心律失常药和抗抑郁药都是CYP 2D6的底物。当CYP 2D6的代谢活性受到强烈抑制时，就会出现药物间相互作用（DDI）引起的不良反应和严重并发症。此外，CYP 2D6也在大脑中表达并介导神经毒素的生物转化，是影响人群中枢神经系统以及药物代谢的潜在重要影响因子。小分子荧光探针作为监测酶活性的传感工具，具有超灵敏、可视化等诸多优点，并且与高通量筛选兼容，近年来引起了人们的广泛关注。因此，开发CYP 2D6荧光探针对于探索药物相互作用和与CYP 2D6相关的复杂神经生理代谢过程具有重要意义。酶激活小分子荧光探针的开发是一项重大挑战，涉及荧光基团的选择和优化结构的生成。值得注意的是，小分子底物对酶催化腔的适应是决定代谢过程的关键因素。小分子底物能够充分适应酶催化腔，能够稳定结合和正确的催化取向，并且可以被视为靶酶的活性底物。解决方案：在本文中，作者通过 “自焚”接头将CYP 2D6的代谢识别域与不同的荧光基团连接，组装了八个CYP 2D6的潜在荧光底物库S1-S8。其中，S6可被CYP 2D6有效催化并引起荧光的增强，同时相较于其他荧光底物具有更快的代谢率，更适合作为核心分子进行进一步优化（图1A）。因此，作者利用分子对接研究底物与关键氨基酸残基间的相互作用，进一步优化荧光底物获得了特异性良好的荧光探针BDPM（图1B、C）。BDPM具有优异的成像性能，可以实时测量活体生物样品中CYP 2D6的活性（图2A）。同时，该探针被成功应用于CYP 2D6抑制剂的快速高通量筛选，在阐明小分子配体复杂的不可逆抑制机制方面具有巨大的潜力（图2B）。![]()
图1：（A）CYP 2D6荧光探针的设计策略以及S1-S8的结构式；（B）BDPM的结构式及响应机理；（C）BDPM与CYP 2D6的分子对接。
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图2：（A）BDPM在活体生物样品中的荧光成像；（B）CYP 2D6抑制剂的可视化和高通量筛选。
结论：作者通过合理的分子设计策略并结合分子对接方法开发了具有优良性质的CYP 2D6荧光探针，其表现出良好的特异性和快速的底物代谢速率。这些优良的性能使得该探针在活体生物样品中表现出良好的活性检测和成像性能，同时可用于抑制剂的快速高通量筛选。此外，可以开发探针与药物递送相结合的药物，以提高系统的临床适用性。参考文献：Ma X. et al. Rational Molecular Design of a Fluorescent Probe for Selectively Sensing Human Cytochrome P450 2D6. Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202409217.
