基于肽的荧光纳米探针可视化活细胞中Cu2?与L-组氨酸相互作用及特异性诱导铜死亡

《Journal of Nanobiotechnology》：A reversible peptide-based nanoprobe for visualizing the mechanism of copper-histidine interaction-induced cuproptosis in cancer cells

　　

摘要

_L-组氨酸（_L-His）是Cu²⁺的天然配体。癌细胞对Cu²⁺的高需求及其独特的微环境有利于Cu²⁺与_L-His之间的相互作用。然而，Cu²⁺–_L-His相互作用对癌细胞命运的具体影响仍有待阐明。在本研究中，我们开发了一种新型可逆的基于肽的荧光纳米探针L（异硫氰酸荧光素–6-氨基己酸–丙氨酸–丝氨酸–精氨酸–组氨酸），用于以"开–关–开"响应模式可视化活细胞中外源性Cu²⁺–_L-His相互作用的顺序感知。作为一种具有双色变和荧光双重功能的生物探针，L可用于原位可视化，实现对水溶液中Cu²⁺和_L-His的快速检测。该探针具有高度敏感性，对Cu²⁺和_L-His的检出限分别低至8.8 nM和11.7 nM。成功可视化癌细胞中外源性Cu²⁺与_L-His的原位相互作用，归功于L的良好荧光稳定性、广泛的pH适用范围、循环检测能力和低毒性。此外，研究发现外源性Cu²⁺与_L-His之间的相互作用可特异性诱导癌细胞的铜死亡，而对正常细胞的影响极小。总之，我们的研究结果表明，Cu²⁺与_L-His的联合应用代表了一种有前景的抗肿瘤策略，尤其适用于对Cu²⁺需求较高的肿瘤。

图形摘要

_L-组氨酸（_L-His）是Cu²⁺的天然配体。癌细胞对Cu²⁺的高需求及其独特的微环境有利于Cu²⁺与_L-His之间的相互作用。然而，Cu²⁺–_L-His相互作用对癌细胞命运的具体影响仍有待阐明。在本研究中，我们开发了一种新型可逆的基于肽的荧光纳米探针L（异硫氰酸荧光素–6-氨基己酸–丙氨酸–丝氨酸–精氨酸–组氨酸），用于以"开–关–开"响应模式可视化活细胞中外源性Cu²⁺–_L-His相互作用的顺序感知。作为一种具有双色变和荧光双重功能的生物探针，L可用于原位可视化，实现对水溶液中Cu²⁺和_L-His的快速检测。该探针具有高度敏感性，对Cu²⁺和_L-His的检出限分别低至8.8 nM和11.7 nM。成功可视化癌细胞中外源性Cu²⁺与_L-His的原位相互作用，归功于L的良好荧光稳定性、广泛的pH适用范围、循环检测能力和低毒性。此外，研究发现外源性Cu²⁺与_L-His之间的相互作用可特异性诱导癌细胞的铜死亡，而对正常细胞的影响极小。总之，我们的研究结果表明，Cu²⁺与_L-His的联合应用代表了一种有前景的抗肿瘤策略，尤其适用于对Cu²⁺需求较高的肿瘤。

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