四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉與危重急救研究室柯博文團(tuán)隊(duì)于2018年3月在Analytical Chemistry發(fā)表文章”In Vivo Bioluminescence Imaging of Cobalt Accumulation in a Mouse Model”（影響因子6.24）（長(zhǎng)按下方二維碼即可閱讀原文）。
鈷是極為重要的生命元素，是生物體內(nèi)必需的微量元素，對(duì)生物體的新陳代謝至關(guān)重要。在氫酶、甲基輔酶M還原酶、一氧化碳脫氫酶、超氧歧化酶和尿酶活性中心中均發(fā)現(xiàn)鈷離子（Co2+），而Co2+本身也具有多種重要生理作用，在神經(jīng)系統(tǒng)正常功能的維持、紅細(xì)胞的生成、DNA合成和氨基酸代謝等各種生理過(guò)程中扮演著十分重要的角色。眾所周知，人體內(nèi)鈷缺乏會(huì)導(dǎo)致心血管、貧血、骨髓炎、青光眼等系列嚴(yán)重疾病。因此鈷穩(wěn)態(tài)對(duì)于機(jī)體正常生理機(jī)能的重要性可見(jiàn)一斑。
由于長(zhǎng)期缺乏有效的生物分析工具，使得Co2+的生物學(xué)研究無(wú)法深入。亟需一種可以實(shí)現(xiàn)活體水平Co2+的動(dòng)態(tài)可視化檢測(cè)的方法和工具以深入探究鈷相關(guān)的生理和病理過(guò)程。為了解決這一難題，課題組設(shè)計(jì)和發(fā)展了全世界第一個(gè)可用于活體成像的Co2+探針。利用基于生物發(fā)光成像（bioluminescence imaging，BLI）技術(shù)的非入侵性策略構(gòu)建了檢測(cè)平臺(tái)，以滿(mǎn)足Co2+在動(dòng)物體內(nèi)成像的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。此方法打破傳統(tǒng)熒光成像的固有局限性，表現(xiàn)出靈敏度高和背景干擾低等顯著優(yōu)勢(shì)，十分適用于深部組織成像和長(zhǎng)期活體動(dòng)物的研究。利用“cage”策略，將適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)基團(tuán)與螢光素酶底物相連接，阻止生物發(fā)光的產(chǎn)生，當(dāng)目標(biāo)分析物選擇性地與探針相互作用之后，釋放螢光素酶底物，隨后螢光素酶可以將ATP的化學(xué)能轉(zhuǎn)移到光信號(hào)中從而可以進(jìn)行分析檢測(cè)。課題組設(shè)計(jì)并合成的一種用于選擇性檢測(cè)Co2+的新型Co2+生物發(fā)光探針（CBP-1）驗(yàn)證了這一概念的可行性。通過(guò)使用這種探針，我們成功地實(shí)現(xiàn)了第一次在完整的活體動(dòng)物模型中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)Co2+水平波動(dòng)的生物成像，這為研究Co2+在體內(nèi)的系統(tǒng)分布、毒性、生物效應(yīng)以及理解生物系統(tǒng)中鈷參與的復(fù)雜分子過(guò)程提供了有力的分析手段。
用于Co2+檢測(cè)的CBP-1構(gòu)建機(jī)制圖（上）以及腹腔內(nèi)給藥注射CBP-1的FVB-luc+ 小鼠在Co2+（200 μL，100 mmol/L）口服給藥后1、24、48、72 h的生物發(fā)光成像（左）和總光通量（photon/s）結(jié)果（右）
專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)
楊浩教授：基于螢火蟲(chóng)-螢光素酶生物發(fā)光體系所建立的特異性小分子光學(xué)探針，通過(guò)引入能與Co2+絡(luò)合并發(fā)生化學(xué)鍵斷裂的反應(yīng)，成功地將探針應(yīng)用于體內(nèi)實(shí)時(shí)原位檢測(cè)Co2+的含量、分布及動(dòng)態(tài)變化。鈷參與體內(nèi)多種生理過(guò)程，其不正常的變化會(huì)造成體內(nèi)生態(tài)平衡的紊亂，從而引發(fā)各類(lèi)疾病。由于活體水平，人體和動(dòng)物本身并沒(méi)有生物發(fā)光的信號(hào)，因此生物發(fā)光探針干擾小、信噪比高、靈敏度好及選擇性強(qiáng)，較傳統(tǒng)檢測(cè)方法具有可實(shí)時(shí)原位檢測(cè)等無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)?；谝呀⒌纳锇l(fā)光體系，使用四價(jià)配體N3O結(jié)構(gòu)作為Co2+特異性的識(shí)別基團(tuán)，應(yīng)用所發(fā)展的生物發(fā)光探針設(shè)計(jì)策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)Co2+高靈敏度、高選擇性的分析檢測(cè)。在成功開(kāi)發(fā)探針的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了不同攝入途徑對(duì)體內(nèi)Co2+蓄積的影響，也進(jìn)一步驗(yàn)證了所發(fā)展的Co2+探針的科學(xué)價(jià)值。
楊浩，副研究員，2010年于華西臨床醫(yī)學(xué)院獲得博士學(xué)位，2013年博士后出站并留四川大學(xué)華西醫(yī)院衛(wèi)生健康委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作。2018年開(kāi)始從事蛋白質(zhì)組學(xué)研究，并兼職主管四川大學(xué)華西醫(yī)院蛋白質(zhì)組學(xué)公共技術(shù)平臺(tái)。研究工作主要圍繞腫瘤等慢性疾病，利用蛋白質(zhì)工程手段開(kāi)發(fā)新型蛋白質(zhì)靶向分子機(jī)器，針對(duì)相關(guān)靶點(diǎn)進(jìn)行診斷和干預(yù)治療研究，同時(shí)利用蛋白質(zhì)組學(xué)等方法研究疾病發(fā)生發(fā)展分子機(jī)制，描畫(huà)疾病相關(guān)生物標(biāo)志物圖譜。重點(diǎn)圍繞腫瘤免疫分子腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體（TNF-related apoptosis-inducing ligand，TRAIL）開(kāi)展藥物長(zhǎng)效化靶向遞送和聯(lián)合用藥等工作，致力于推動(dòng)TRAIL向臨床轉(zhuǎn)化。主持國(guó)家自然科學(xué)基金（NSFC）面上項(xiàng)目、NSFC青年基金、中國(guó)博士后基金特別資助、中國(guó)博士后基金面上項(xiàng)目、四川大學(xué)博士后專(zhuān)項(xiàng)基金特別資助等項(xiàng)目。作為主研人員，參與臨床重點(diǎn)專(zhuān)科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目、國(guó)家科技部973等10余項(xiàng)研究。以第一作者和（或）通訊作者在Theranostics、J Control Release、J Biol Chem 等雜志發(fā)表SCI論文十余篇。
作者投稿心得
作為體內(nèi)重要元素，Co2+的體內(nèi)分析與監(jiān)測(cè)是課題組一直關(guān)注的方向。然而，如何獲得Co2+特異性檢測(cè)的識(shí)別基團(tuán)，在研究的很長(zhǎng)一段時(shí)間里，課題組通過(guò)大量的工作和篩選，并找到?jīng)]有合適的思路。但在另外一個(gè)研究中，所設(shè)計(jì)的探針沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)檢測(cè)底物的靈敏度和特異性，卻顯示出對(duì)Co2+具有良好的分析功能。從某種程度上講，大量的篩選+好的運(yùn)氣是這篇文章能夠發(fā)表的關(guān)鍵詞。
第一作者
柯博文，理學(xué)博士，碩士研究生導(dǎo)師，四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉與危重急救研究室研究員。課題組圍繞圍術(shù)期醫(yī)學(xué)重大需求，綜合麻醉學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、藥學(xué)等多學(xué)科交叉，在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的研究與創(chuàng)新方面開(kāi)展了系統(tǒng)的探索性工作，形成了極具個(gè)人特色的研究體系：開(kāi)發(fā)了全世界第一個(gè)一氧化碳藥物；聚焦臨床應(yīng)用進(jìn)行麻醉藥物的創(chuàng)新研究；發(fā)展分子探針和光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)手術(shù)可視化。所在團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了十余項(xiàng)科研課題，其中包括：擔(dān)任國(guó)家科學(xué)部“十二五”重大新藥創(chuàng)制課題副組長(zhǎng)、主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)等。目前以通訊作者和（或）第一作者發(fā)表SCI文章數(shù)十篇，單篇論文最高影響因子40.18；授權(quán)中國(guó)專(zhuān)利3項(xiàng)，國(guó)際專(zhuān)利3項(xiàng)。所主持和參與開(kāi)發(fā)四個(gè)麻醉手術(shù)新藥的臨床前/臨床Ⅱ期/臨床Ⅲ期研究。先后榮獲Cell出版社國(guó)際學(xué)術(shù)獎(jiǎng)、中國(guó)藥學(xué)會(huì)-施維雅青年藥物化學(xué)家獎(jiǎng)、四川大學(xué)青年科技人才獎(jiǎng)，四川大學(xué)優(yōu)秀青年學(xué)者獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)?，F(xiàn)任中華醫(yī)學(xué)會(huì)麻醉分會(huì)臨床研究及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)組副組長(zhǎng)、四川省智能醫(yī)學(xué)分會(huì)理事。相關(guān)研究成果被健康報(bào)、人民網(wǎng)、新浪網(wǎng)等數(shù)十家媒體報(bào)道和轉(zhuǎn)載。
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本文編輯：張世雯
本文排版：陳紅梅 張洪雪