[发明专利]一种基于氮杂环结构的溶酶体靶向型荧光染料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于氮杂环结构的溶酶体靶向型荧光染料及其制备方法和应用，其中基于氮杂环结构的溶酶体靶向型荧光染料是以5‑(二甲氨基)萘‑1‑磺酸或7‑硝基苯并‑2‑氧杂‑1,3‑二唑作为荧光母体，在母体分子结构上引入不同种类的氮杂环取代基，其结构如下所示：其中R选自如下基团中的一种：R₁为氢或C_1‑5的烷基，R₁可以相同或不同。本发明荧光染料采用一步合成法，合成步骤简单、反应条件温和，产品容易提纯。该类荧光染料不仅能特异性靶向多种细胞的溶酶体，而且能够长时间标记细胞的溶酶体。另外，该类荧光染料可用于监测细胞内自噬溶酶体的形成，在生物领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及合成与技术应用领域，具体涉及一种基于氮杂环结构的溶酶体靶向型荧光染 料及其制备方法和应用。

背景技术

溶酶体是细胞内一种重要的细胞器，在细胞的正常生命活动中发挥至关重要的作用：细 胞内大分子的降解和再循环利用、细胞内和细胞外各种材料的降解以及损伤细胞器的再回收 等。溶酶体具有高度动态的特性，他们的形态和空间分布是不断变化的，而其数量和形态的 变化往往能够代表细胞所处的生命活动状态。溶酶体异常通常会引发多种疾病(如痛风、溶 酶体贮积症或矽肺等)，并且病变过程中常伴随溶酶体数量、大小、形状、结构等方面的变化。 因此，发展非侵害性、长时程的荧光染料对溶酶体进行特异性成像不仅能够实时监测溶酶体 在细胞生命活动过程中所发生的各种变化，而且对进一步了解溶酶体的生理学和病理学作用 具有重要意义。

荧光染料作为检测标记因其灵敏度高、操作方便等特点而逐渐取代放射性同位素，并广 泛应用于荧光免疫、荧光探针、细胞染色等领域。以荧光染料为核心的荧光显微成像具有高 时空分辨能力,通过染色标记细胞的各类细胞器和生物膜，使细胞内各个细胞器之间的空间 关系一目了然。目前，用于活细胞溶酶体特异性染色的荧光染料已成为荧光显微成像领域的 研究热点之一，相应的染料已经得到了广泛报道。但是，多数用于溶酶体成像的荧光染料仍 存在很大不足，比如斯托克斯位移小、毒性大、孵育时间长等问题。为了能够在复杂生物体 中实现对分子事件高灵敏度、专一性的快速检测以及动态监测，亟需发展大斯托克斯位移、 低细胞毒性和长时程染色的溶酶体定位染料。发展构建性能优越的溶酶体靶向型荧光染料， 将会对探索细胞内溶酶体参与的复杂的生物学过程起极大的推动作用。

发明内容

本发明目的在于解决现有溶酶体染料中存在的技术问题，提供一种基于氮杂环结构的溶 酶体靶向型荧光染料及其制备方法和应用。本发明荧光染料斯托克位移大、荧光背景低、生 物兼容性好，能够专一性累积在细胞的溶酶体内，可实现长时程观察细胞内溶酶体及示踪溶 酶体的自噬过程。该类探针用于细胞染色后，无需清洗，可直接用于激光共聚焦成像。

本发明基于氮杂环结构的溶酶体靶向型荧光染料，是5-(二甲氨基)萘-1-磺酸(DS)或7- 硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑(NBD)作为荧光母体，在母体分子结构上引入不同种类的氮杂环 取代基，其结构如下所示：

其中R选自如下基团中的一种：

R为1,4,7,10-四氮杂环十二烷、1,4,7-三氮杂环壬烷、哌嗪或吗啉等含不同氮原子或碳原 子的杂环取代基。

R₁为氢或C_1-5的烷基等，其中R₁可以相同也可以不同。

本发明中使用的术语：“烷基”包括直链烷基和支链烷基。

本发明基于氮杂环结构的溶酶体靶向型荧光染料的制备方法，包括以下步骤：