Nat. Chem. Biol. | 对LOX介导的组织重塑进行靶向和成像

大家好，本周为大家介绍一篇发表在Nature Chemical Biology上的文章“Imaging and targeting LOX-mediated tissue remodeling with a reactive collagen peptide”。文章通讯作者是来自苏黎世联邦理工学院的Helma Wennemers教授，其课题组主要研究方向是利用有机合成来应对不对称催化、化学生物学和新材料方面的挑战。本文中，他们开发了一项用于同时成像和选择性靶向组织中LOX介导的胶原蛋白交联的技术。

胶原蛋白是哺乳动物细胞外基质(Extracellular Matrix, ECM)的主要成分，对结缔组织的强度和稳定性来说是不可或缺的。在胶原成熟过程中，赖氨酰氧化酶(Lysyl Oxidases, LOX)启动了纤维的交联。端肽上的赖氨酸残基被 LOX 转化为醛赖氨酸，与其他赖氨酸或活性氨基酸残基反应，并在胶原蛋白中产生交联。LOX的活性异常与组织纤维化、恶性疾病中的组织功能受损相关。虽然在健康和病变组织中观察和定位这一动态过程很重要，但此前研究中并未能实现。在这里，作者提出了一种同时监测和靶向LOX介导的胶原交联的探针，该探针将LOX活性传感器与胶原肽结合，化学选择性地靶向LOX产生的内源性醛。探针共价锚定后，在体内原位地对活性LOX感应发光。

作者首先开发出了反映LOX活性的荧光传感器。该基团在LOX催化下结构变化，荧光活性可被激发，并具有良好的水溶性，可连接在胶原蛋白肽上。同时，该肽上带有氨氧基，可以和LOX产生的醛基形成共价键，进而连接在交联组织中。交联完成后，组织附近的活性LOX即可活化荧光传感器部分而激活发光信号。

该探针可以用于监测LOX在组织中的活性。作者首先在组织样品中验证了荧光基团其对LOX活性的响应后，使用了连有胶原蛋白肽的全探针对LOX进行了体内成像，并选出了结构最优的探针CMP4。通过皮内注射将探针注入成年小鼠中，他们发现，用CMP 4处理的组织显微图像显示未掩蔽染料的明亮荧光，来自激活探针的蓝色荧光沿着通常与真皮层平行的纤维结构集中。用碘化丙啶（粉红色）对细胞核进行染色显示探针主要存在于真皮内的细胞外空间中。这些结果表明，只有同时包含 LOX 反应性探针和醛反应性残基的CMP才能监测 LOX 活性，只能与胶原基质非共价相互作用的CMP不会在组织中持续存在，缺乏共价锚定可能促进了探针从间隙空间中的洗出和清除。对不同类型胶原蛋白组织的标记结果显示，该靶向方法对组织中更活跃的胶原交联区域有更高的选择性。

由于LOX 表达和活性在癌症发展和进展过程中经常增加，而 LOX 酶是有希望的治疗靶点，因此作者也尝试该探针是否可以用于可视化肿瘤组织。他们测试了探针在活检样本中可视化胶原重塑的能力。他们通过荧光显微镜观察发现，在肿瘤边缘周围清晰可见蓝色荧光。胶原蛋白染色证实了主要染色可见纤维胶原束在肿瘤边界区域，肿瘤附近的皮肤和位于肿瘤中间的基质内富含胶原蛋白的区域则没有被染色。这一发现与胶原蛋白重塑主要发生在肿瘤边缘的假设一致。

总得来说，作者开发了一种基于胶原蛋白肽的探针，可以对LOX介导的组织重塑位点进行靶向和成像。该体系可以提高对活体胶原重构的理解，并为纤维化和恶性疾病的诊断提供机会。

本文作者：FTY