光聲應用：選擇性檢測肥胖相關的兩種酶活性

背景：

肥胖是一種因體內(nèi)過量脂肪堆積而導致的慢性病，長期肥胖產(chǎn)生的系統(tǒng)性炎癥（Systemic inflammation）常常導致和加重心血管疾病、二型糖尿病、高血壓甚至腫瘤等病癥。作為炎癥反應的關鍵介質(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測被測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水平的免疫組織化學染色等方法無法直觀評估酶活性，因為酶活性可能因底物的濃度、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。

探針設計

針對于該限制，Melissa Y Lucero等人首次開發(fā)出酶活性檢測探針，通過光聲成像，可選擇性檢測MGL和FAAH的酶活性。之所以使用光聲，是因為成像深度大，且信號在動物體內(nèi)擾動少，因而可以獲得深達10厘米的微米精度成像。而其選擇性來自于不同基團的降解：盡管使用同一個顯影劑分子，但作者通過酯鍵將AA接在顯影劑上，使其用于檢測MGL酶活性；通過肽鍵將AA接在顯影劑上，用于檢測FAAH酶活性。同時，為了保證探針高效穩(wěn)定，作者在顯影劑分子設計中加入半菁染料（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）提高信號強度（圖1）。 

測試結果

作者首先進行了兩種探針的表征。經(jīng)過半菁染料修飾的顯影劑2、3（見圖1）分別在入射光波長740 nm和730 nm處達到光聲信號頂峰，而修飾了花生四烯酸的顯影劑PA-HD-MGL和PA-HD-FAAH則在整個近紅外波長范圍內(nèi)都只有微弱的光聲信號。因此，MGL和FAAH通過降解相應的顯影劑，就能分別獲得7.29和4.15倍的光聲信號強度（圖2），達到選擇性檢測目的。

最后，作者也進行了細胞和動物肥胖模型實驗。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）。

作者通過巧妙的化學結構設計，使得定量、選擇性測定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。