近日，中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所“农产品质量安全风险评估”创新团队，联合北京化工大学有关团队，发明了一种由分子模拟方式设计的新型DNA纳米荧光探针，该探针具有高灵敏度、高特异性，避免了多通道荧光相互干扰带来的假阳性信号，在大蒜素对细胞及荷瘤小鼠中氧化还原水平的调控能力及机制研究中得到成功应用。相关成果发表在纳米领域国际权威期刊《Nano Today》（IF:18.963）上，并已获得国家发明型专利授权（ZL202010544295.4）。
大蒜素是由大蒜中的蒜氨酸酶催化蒜氨酸，经分解合成而形成的一种有机硫化合物，因其独特的化学结构，具有调控生物体氧化还原作用的营养活性。在氧化应激相关的分子反应中，机体脱嘌呤嘧啶核酸内切酶APE1的活性表达水平与活性氧物种ROS含量具有紧密的关联性，而以ROS及APE1的正交原位报告手段为切入点，研究大蒜素氧化还原水平调控的相关机制尚未见有报道。
为此，研究团队利用分子模拟工具，创新设计了基于DNA纳米结构的双通道荧光探针，用于体外和体内成像阐释大蒜素调控氧化还原水平作用机制。分子模拟辅助消除了由于多荧光团间不良交互作用引起的假阳性信号，提高了探针的灵敏度和特异性；将亲核靶点NLS引入探针中，帮助其有效进入细胞核，并阐释亚细胞结构中ROS及APE1的表达。将活细胞及荷瘤小鼠中的ROS和APE1表达进行定量、定位研究，结果显示ROS升高导致了APE1过表达，这主要因为基因组DNA和mtDNA中累积的碱基受损。将该荧光探针在天然产物大蒜素的活性研究中进行应用，结果显示大蒜素能够有效减轻细胞氧化应激、保护细胞免受氧化刺激。
该工作展示了一种可广泛推广的策略来构建基于纳米结构的分子探针，可在活细胞和实验动物中成像多个目标，用于深入了解活细胞及活体中的分子相互作用机制，同时也为大蒜素的功效研究与创新研发、产品加工与开发提供了理论基础和重要技术手段。
本研究得到了国家特色蔬菜产业技术体系、国家农产品质量安全风险评估、中国农业科学院科技创新工程等项目资助。论文由我所博士研究生潘烨灿为第一作者，钱永忠研究员和北京化工大学苏昕教授等为共同通讯作者。
原文连接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2022.101573
