一种高尔基体靶向H?O?探针用于高尔基体氧化应激的可视化及高血压中氢氯噻嗪的评价

《Sensors and Actuators B: Chemical》:A Golgi-Targeted H?O? Probe for Visualizing Golgi Oxidative Stress and Hydrochlorothiazide Evaluation in Hypertension

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月20日 来源:Sensors and Actuators B: Chemical 7.7

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   •探针GHTP-1将HCT同时整合为有效载荷和面向高尔基体的靶向成分。•H2O2触发的硼酸酯断裂反应可激活荧光并释放HCT。•GHTP-1可成像高尔基体的氧化应激,且对HUVEC的保护作用优于游离HCT。•GHTP-1可降低血管内的活性氧(ROS)并减轻体内的高血压表型。引言

  
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    探针GHTP-1将HCT同时整合为有效载荷和面向高尔基体的靶向成分。
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    H2O2触发的硼酸酯断裂反应可激活荧光并释放HCT。
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    GHTP-1可成像高尔基体的氧化应激,且对HUVEC的保护作用优于游离HCT。
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    GHTP-1可降低血管内的活性氧(ROS)并减轻体内的高血压表型。

引言

随着精准医学的发展,靶向药物递送系统在生物医学中已成为提高疗效和降低脱靶毒性的关键手段。[1], [2], [3], [4], [5], [6] 特别是细胞器靶向策略,为治疗重大疾病提供了新的途径。[7], [8], [9], [10], [11], [12] 高尔基体是一种参与蛋白质加工和信号转导的关键细胞器,是治疗高血压的有前景的靶标,因为其功能障碍参与血管内皮细胞和平滑肌细胞的疾病发生。[13], [14], [15], [16], [17], [18] 高尔基体靶向前药通过用靶向配体修饰药物分子加以设计,旨在实现疾病细胞中的靶向递送和受控生物活化,有望解决传统高血压药物生物利用度低、全身性副作用大以及血管靶向性有限等局限。[19], [20], [21], [22] 具体而言,高尔基体正日益被认识到是高血压病理生理中的关键枢纽。作为负责蛋白质糖基化、分选和分泌的核心细胞器,其受氧化应激引发的功能障碍会损害关键信号分子的处理与释放。证据表明,高尔基体碎片化和功能受损是自发性高血压大鼠(SHR)血管内皮细胞和平滑肌细胞的特征性表现。关键的是,这些结构异常出现在高血压发生之前,暗示它们在疾病发展中起主要而非次要作用。[23], [24], [25] 高血压的一个关键病理特征是ROS诱导的eNOS解偶联,此过程中eNOS由产生血管保护性的一氧化氮(NO)转变为产生超氧阴离子(O2·)。值得注意的是,高尔基体既是胞内活性氧(ROS)的主要生成者,也是其首要靶点。H2O2在高尔基体腔内的积累可通过氧化性翻译后修饰诱导eNOS错加工并继而解偶联,形成氧化应激与血管功能障碍相互强化的循环。此外,高尔基体与内质网(ER)和线粒体等其他细胞器形成接触位点,促进氧化信号的传播。因此,特异性靶向高尔基体内的氧化应激,是从源头中断这一恶性循环的策略性方法。相较于全身性抗氧化疗法——由于缺乏细胞器特异性以及脱靶效应,其在临床上大多已被证明无效——这一方法具有明显优势。
高尔基体内H?O?积累是否与高血压相关,或是高血压的后果,仍是靶向高尔基体氧化应激研究中的重要问题。我们的研究结果提示,高尔基体H?O?升高可能有助于高血压性血管功能障碍,但明确的因果作用仍有待进一步研究。在自发性高血压大鼠中,高尔基体H?O?升高和结构变化先于持续性高血压出现,建立了时间上的先后关系。干预研究一致表明,用靶向抗氧化剂清除高尔基体特异性H?O?可减轻高血压相关血管功能障碍,而以莫能菌素(monensin)诱导高尔基体应激则可重现高血压表型——血压升高、血管重塑以及内皮依赖性舒张功能受损。[15], [23] 机制上,高尔基体来源的H?O?会干扰eNOS的S-亚硝基化和棕榈酰化,使该酶从NO的产生者转变为超氧的来源。与此链条——高尔基体H?O?积累、eNOS错加工/解偶联、血管功能障碍和高血压——相一致的是,在动物模型中对高尔基体氧化还原稳态的遗传学操纵可调节血压。因此,高尔基体H?O?积累是高血压进展的因果驱动因素,而非旁观者生物标志物,从而验证了其作为极具吸引力的治疗靶点的价值。此外,生理状态下胞内H?O?受到严格调控(1–100 nM),而高血压则伴随显著的氧化应激。[26], [28] 高尔基体靶向探针(如Np-Golgi、GolROS)已揭示高血压肾脏中存在显著的H?O?升高。[27]
高尔基体靶向前药研究已取得初步进展,包括配体筛选、结构修饰和体外评价。[26], [27], [28], [29] 然而,现有文献存在重大空白,阻碍了其临床前概念验证,仍有若干关键问题有待解决。首要问题是靶向精度不足。尽管已探索了配体介导的策略,但现有研究缺乏关于提高配体-受体特异性的深入研究,导致药物常被内体/溶酶体而非高尔基体错误摄取,严重影响药效。此外,传统小分子药物由于组织/细胞器选择性差,面临着概念验证方面的障碍,会引起脱靶毒性并导致治疗指数低。[30], [31]
据我们所知,目前尚未见以HCT为基础的高尔基体靶向前药用于诊断心血管疾病(如高血压)的报道。因此,亟需提供一种新颖且前景广阔的策略,用于针对高尔基体氧化应激介导的高血压病理生理的靶向干预,并优化血管氧化损伤的靶向干预。
本工作提出一种HCT前药递送系统,旨在保持疗效、实现高尔基体靶向递送并最大限度减少全身药物渗漏。该系统利用高血压中升高的H2O2所引发的高尔基体氧化应激,作用于疾病的病理基础,同时也实现了炎症相关疾病的分子表征,具有诊断潜力。值得注意的是,它解决了当前靶向递送系统的一个关键局限:导致不良反应加剧的脱靶积累,从而极大提高了高尔基体靶向疗法的安全性。
在此,我们报告了GHTP-1(高尔基体靶向氢氯噻嗪诊疗前药),这是一种过氧化氢可活化的前药,旨在解决常规氢氯噻嗪给药方式的关键局限。通过将氢氯噻嗪同时用作有效载荷和高尔基体靶向成分,GHTP-1消除了对外源性靶向配体的需求,简化了其结构,并可能提高细胞器靶向特异性。该前药在生理条件下保持惰性,但通过其苯并吖罗酮骨架中引入的1,4-消除反应,在H2O2富集的血管微环境中发生选择性活化,实现在氧化应激部位快速释放氢氯噻嗪,同时最大限度减少全身暴露。因此,可减轻常规氢氯噻嗪的主要不良反应,包括电解质紊乱、高血糖、高尿酸血症以及剂量依赖性低血压。GHTP-1还整合了诊疗功能,可在药物释放的同时实时可视化高尔基体相关的H2O2动态变化,便于治疗监测。GHTP-1由有效载荷、可断裂连接臂和苯并吖罗酮荧光团组成,为全身性氢氯噻嗪给药提供了一种靶向替代方案,有望用于血管氧化应激相关疾病的精准治疗,如图1所示。

章节摘要

材料与仪器

HCT购自Sigma Aldrich。所有其他化学试剂均购自知名商业供应商,除另有说明外,直接使用前无需额外纯化。柱色谱所用的硅胶(Silicycle,300–400目)购自Alfa Aesar(天津),使用前进行预处理。目标化合物的核磁共振(1H和13C NMR)谱图使用Bruker Advance-500光谱仪记录,以四甲基硅烷(TMS)作为

探针GHTP-1对H2O2的光谱响应

合成完成后,我们首先考察了该探针区分弱酸性高尔基体腔(pH 4.5–6.5)与循环血液(pH 7.4)之间细微pH差异的能力。如图2a所示,我们在较宽的pH范围内(pH 3.0–8.0)定量测定了GHTP-1的荧光发射强度。在弱酸性条件下(pH 5.5)观察到显著的荧光发射,表明该探针能够在弱酸性微环境中灵敏检测H?O?并

结论

总之,我们报告了一种基于HCT的诊疗平台,其既可作为治疗药物减轻高血压表型,又可作为高尔基体靶向成分实现H?O?触发的释放。该前药在循环中保持相对不活化状态,并在体内响应升高的H?O?水平而被活化。该HCT前药旨在当暴露于血管内皮细胞中升高的胞内H?O?时释放其有效载荷,同时苯并吖罗酮骨架的1,4-消除反应

CRediT作者贡献声明

杨一芬(Yifen Yang):监督、资源、形式分析。刘政钦(Zhengqin Liu):监督、形式分析、构思。查军(Jun Zha):写作——审阅与编辑、验证、方法学、形式分析。龙艳莉(Yanli Long):验证、软件、方法学、构思。刘军(Jun Liu):写作——初稿、监督、资源、资金获取、数据整理、构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本手稿所述工作设计、执行、分析或结果解释的任何已知竞争性财务利益或非财务利益。

致谢

我们感谢国家自然科学基金(NSFC)项目(22267007)、贵州省基础研究计划(自然科学)(黔科合基础-[2025]青年312)、甘肃省陇原青年创新创业人才计划(2023LQGR15)、贵州民族大学校级一般科研项目(GZMUZK[2023]YB17)以及贵州民族大学
刘军|查军|龙艳莉|杨一芬|刘政钦
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