免疫毛细管电泳-激光诱导荧光分析DNA加合物的方法学研究

DNA加合物是一类重要的生物标志物,可应用于人体致癌物暴露监测、癌症风险评价和人群易感性研究。DNA加合物作为生物标志物的应用需要安全、灵敏、快速的先进分析技术。我们利用免疫毛细管电泳-激光诱导荧光分析,发展了高灵敏的DNA加合物分析方法和技术。本文主要介绍了相关的仪器研制及方法学研究。方法学研究涉及DNA加合物荧光探针的合成和表征、抗体与DNA加合物的相互作用及其结合计量学、抗原-抗体复合物的稳定化和DNA驱动电泳聚焦技术。     

DNA加合物检测

DNA加合物是一类极其重要的、具有多种标志作用的生物标志物,可应用于环境致癌物的暴露监测、基因毒性测定、个体敏感性和环境致癌物与基因的相互作用研究、癌症风险评价、环境致癌因素筛查以及癌症预防研究等.可靠、灵敏、准确的分析检测技术是DNA加合物作为生物标志物得到广泛应用的关键.当前DNA加合物分析、检测的方法主要包括:32P后标记法、免疫分析法、免疫毛细管电泳激光诱导荧光法、液相色谱串联质谱法、微分离.质谱联用法等.本文对这些分析技术和方法及其在DNA加合物检测方面的应用做一简要综述.     

脱氧核糖核酸加合物分析技术进展

脱氧核糖核酸(DNA)加合物近十多年来一直是环境科学、医学和生态毒理学的前沿和热点研究领域之一。作为DNA加合物研究手段的DNA加合物分析技术，将传统仪器分析与分子生物学技术相结合，其分析方法既体现了现代分析仪器的新进展，也反映出分子生物学研究的新动向。本文主要结合国外DNA加合物研究状况，评述了DNA加合物主要分析技术，尤其对DNA加合物分析技术的新进展作了详细评述。     

An-PIQ催化的β-碘代Morita-Baylis-Hillman加合物动力学拆分研究

β-碘代Morita-Baylis-Hillman(MBH)加合物作为一种多官能团的手性砌块,是多种天然产物和药物分子的重要中间体.以课题组最近开发的An-PIQ为亲核催化剂,首次利用非酶亲核酰化动力学拆分的方法获得了一系列高光学纯β-碘代MBH加合物,S值最高可达165.该方法不仅解决了脂肪醛衍生的MBH加合物二级醇在动力学拆分中的低选择性问题,而且具有条件温和,较好的底物普适性,并能放大到克级规模等特点.     

含平面胺配体的反式二价钯配合物与DNA碱基的作用

含大的平面胺配体的二价钯金属配合物在当前的抗肿瘤药物设计中代表着一类具有重要发展前途的先导结构. 由于大的平面胺配体具有较大的空间位阻, 目前主要的问题是这类化合物能否和DNA碱基结合形成单功能和双功能加合物. 我们采用密度泛函理论和等电聚焦连续极化(IEF-PCM)溶剂化模型研究了trans-PdCl2L2(L:2-羟基吡啶)的钯配合物与DNA碱基的作用. 该化合物与DNA形成单功能和双功能加合物反应的活化自由能均低于铂类抗肿瘤药. 所有反应在水溶液中均为放热反应. 结果表明, 这一大的平面胺配体不会阻碍该化合物与DNA碱基形成双功能加合物, 而且该化合物与DNA的单功能和双功能结合的速率会大于铂类化合物.     

单核铁-氧和锰-氧加合物研究进展

生物体系中,金属酶活化氧气进而参与新陈代谢相关的各种氧化反应,可高效实现有机化合物氧化反应.因此,揭示金属酶的循环机理,对发展清洁高效的催化氧化反应具有重要的指导意义.金属酶的循环过程通常会形成一系列的金属-氧加合物,如金属超氧、过氧、过氧化氢、氧及羟基等物种.由于生物体的酶循环过程十分复杂,所形成的高活性的金属-氧加合物极难捕捉和表征.为此,化学家开展了生物酶的仿生模拟研究,即用化学的方法仿照酶的活性位点构建具有类似配位环境的金属中心,获得人工合成的各种金属-氧加合物,进而了解其结构与活性.本文以近年来单核铁-氧和锰-氧加合物取得重要进展为背景,举例说明金属酶活化氧气所涉及的金属-氧加合物,并重点从结构及活性等方面总结了模拟酶的金属-氧加合物的研究进展.     

BMIMBF4中2-氨基-3-氯-1,4-萘醌电化学捕获CO2的机理

利用循环伏安法（CV）和现场红外光谱电化学技术研究了2-氨基-3-氯-1,4-萘醌（ACNQ）在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF₄）中电化学捕获CO₂的机理.研究结果表明,当体系中不存在CO₂时,ACNQ在BMIMBF₄中经历可逆的两步一电子过程;当体系中引入CO₂时,电化学还原过程中形成的二价阴离子（ACNQ^2-）作为亲核试剂,可攻击CO₂的亲电子碳中心,形成稳定的CO₂加合物.对电化学捕获CO₂的化学计量进行了评估,结果表明,1摩尔的ACNQ^2-可捕获1摩尔的CO₂.结合B3LYP方法在6-311++G^**水平上计算分析了反应中CO₂加合物可能的结构.     

抗癌药物cis-[Pt(NH3)(2-picoline)]2+与DNA加合物的结构和成键特征

利用分子力学、分子动力学、分子力学与量子化学相结合(Oniom)以及量子化学等多种方法研究了抗癌药物cis-[Pt(NH₃)(2-picoline)]²⁺与DNA片段d(ATACATG^*-G^*TACATA)·d(TATGTACCATGTAT)的加合物的几何构型和电子结构. 结果表明Oniom方法优化得到的构型与NMR实验测定的结构最为接近, Pt配合物与DNA中相邻的两个鸟嘌呤的N7原子形成较强化学键, 从而导致DNA的构型发生较大的变化. 同时, 配合物中NH₃的一个H与其邻近的鸟嘌呤的O6间形成的氢键也是影响Pt配合物与DNA加合物几何构型的重要因素. 上述化学键、氢键以及药物与碱基的甲基间的相互作用是药物分子能够对DNA进行识别的重要基础.     

2’-脱氧胞苷-5’-磷酸羟基加合物的分子结构与电子结构

使用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/DZP++研究了羟基自由基与2’-脱氧胞苷-5’-磷酸(dCMP)的胞嘧啶环加成产物的分子结构与电子结构. 结果表明, dCMP胞嘧啶环中各C原子上的单羟基加合物的相对稳定性顺序为C5>C6>>C4≥C2. 加合物的稳定性、自旋密度、静电势以及dCMP的电子密度、静电势、电荷分布分析表明, dCMP遭遇多个羟基自由基攻击时, 第一个羟基自由基加在dCMP的C5上, 而C6则成为第二个羟基自由基的进攻目标. 反应中一旦形成了C2-位单羟基加合物, 则极有可能在DNA复制过程中引起致命的基因突变, 也可能诱发DNA-DNA以及DNA-蛋白质的链间交联, 引起更复杂的损伤. 相反, C5、C6-位上单羟基加合物的形成对DNA的稳定性不构成直接威胁.     

马兜铃酸-DNA加合物定量分析的新进展

马兜铃酸（aristolochic acid）是马兜铃科植物所含的主要药物成分,属硝基菲类衍生物.但是,近几年有许多报道马兜铃酸具有致癌和致突变作用.动物实验和临床研究表明,马兜铃酸进入人体后,在机体组织中形成马兜铃酸-DNA加合物,进而引起致癌作用.因此,马兜铃酸-DNA加合物现已被用作检测马兜铃酸中毒的生物标记物.本文介绍了当前马兜铃酸-DNA加合物主要的检测方法：32P标记法,高效液相色谱-紫外检测法,高效液相色谱-放射检测法,高效液相色谱-荧光检测法,高效液相色谱-质谱联用法和超高效液相色谱-质谱联用法.本研究也通过实验表明,超高效液相色谱-质谱联用法对马兜铃酸-DNA加合物的检测具有快速、灵敏、专一性和重现性强、定量准确的特点,是马兜铃酸-DNA加合物研究的有力工具.本文最后总结了在不同实验对象和给药剂量的马兜铃酸研究中,马兜铃酸-DNA加合物的检测数据,对马兜铃酸-DNA加合物的研究具有参考价值.     

亚胺不对称催化还原的量子化学研究

对手性噁唑硼烷催化亚胺不对称还原反应进行了量子化学研究. 对反应中间体和过渡态进行了B3LYP/6-31G(d)全优化. 噁唑硼烷对亚胺还原的催化作用是显著的. 还原反应经历了催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-亚胺加合物、催化剂-氨基硼烷加合物的生成, 以及催化剂-氨基硼烷加合物的离解并再生催化剂等过程. 还原反应的速度控制步骤是噁唑硼烷-氨基硼烷加合物的离解. 理论预测的还原产物是与实验吻合的R-手性胺.     

2＇-脱氧胞苷-5＇-磷酸羟基加合物的分子结构与电子结构

使用密度泛函理论（DFF）的B3LYP／DZP＋＋研究了羟基自由基与2＇-脱氧胞苷-5’-磷酸（dCMP）的胞嘧啶环加成产物的分子结构与电子结构．结果表明,dCMP胞嘧啶环中各C原子上的单羟基加合物的相对稳定性顺序为C5〉C6≥C4≥C2．加合物的稳定性、自旋密度、静电势以及dCMP的电子密度、静电势、电荷分布分析表明,dCMP遭遇多个羟基自由基攻击时,第一个羟基自由基加在dCMP的C5上,而C6则成为第二个羟基自由基的进攻目标．反应中一旦形成了C2-位单羟基加合物,则极有可能在DNA复制过程中引起致命的基因突变,也可能诱发DNA—DNA以及DNA-蛋白质的链问交联,引起更复杂的损伤．相反,C5、C6-位上单羟基加合物的形成对DNA的稳定性不构成直接威胁．     

噁唑硼烷催化前手性酮不对称还原反应机理的量子化学研究

对手性噁唑硼烷催化3,3-二甲基丁酮-2不对称还原反应机理进行了从头算研究.结果表明,该不对称还原反应是放热的.反应经历了催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物、含B-O-B-N四元环的催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成,以及催化剂-烷氧基硼烷加合物的离解并再生催化剂等过程.在催化剂-硼烷-酮加合物经氢转移而生成催化剂-烷氧基硼烷加合物的过程中,氢转移与B-O-B-N四元环的形成是协同进行的.氢转移是还原反应的控制步骤.氢转移过渡态具有扭曲的椅式结构,所决定的还原产物是与实验相吻合的R手性醇.     

唑硼烷催化前手性酮不对称还原反应机理的量子化学研究

对手性唑硼烷催化3,3-二甲基丁酮-2不对称还原反应机理进行了从头算研究.结果表明,该不对称还原反应是放热的.反应经历了催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物、含B-O-B-N四元环的催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成,以及催化剂-烷氧基硼烷加合物的离解并再生催化剂等过程.在催化剂-硼烷-酮加合物经氢转移而生成催化剂-烷氧基硼烷加合物的过程中,氢转移与B-O-B-N四元环的形成是协同进行的.氢转移是还原反应的控制步骤.氢转移过渡态具有扭曲的椅式结构,所决定的还原产物是与实验相吻合的R手性醇.     

手性含硫恶唑硼烷催化芳酮不对称还原反应的量子化学研究

用HF方法在6-31G^*基组下,对手性含硫恶唑硼烷催化苯乙酮不对称还原反应进行了量子化学从头算研究。还原反应经历了催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物、催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成以及催化剂-烷氧基硼烷加合物的离解过程。催化剂-硼烷加合物、催化剂-硼烷-酮加合物和催化剂-烷氧基硼烷加合物的生成分别为放热、吸热、放热过程;催化剂-烷氧基硼烷加合物离解成催化剂烷氧基硼烷为吸热过程。催化剂-硼烷-酮加合物和催化剂-烷氧基硼烷加合物都存在四种稳定的结构。最有利于氢转移的催化剂-硼烷-酮加合物结构是次低能量结构,并且具有扭曲的船形结构。催化剂-烷氧基硼烷加合物含有一个B-O-B-N四元环,尽管四元环有较大的张力,但加合物仍有较高的稳定性。     

紫杉醇对柔红霉素与DNA作用影响的研究

采用紫外-可见光谱、荧光光谱、微分脉冲伏安法以及紫外-可见光谱电化学法等多种手段, 从分子水平研究了紫杉醇对柔红霉素与DNA作用的影响. 紫杉醇可以和柔红霉素形成分子间氢键; 紫杉醇的长链对柔红霉素糖环以及柔红霉素和DNA所形成加合物的外围有一定程度的缠绕作用, 最终使柔红霉素的药效增加毒副作用减小.     

α-羟基化吡咯烷亚硝胺代谢及形成DNA加合物反应机理的理论研究

采用密度泛函理论, 在B3LYP/6-31G**水平上, 研究了气相和水溶剂中, α-羟基化吡咯烷亚硝胺(α-hydroxylation-NPYR, A)代谢为终致癌物重氮氢氧化物(B)、重氮烷阳离子(C)和氧离子(D), 以及C与鸟嘌呤碱基相互作用的反应机理. 化合物A代谢为终致癌物, 涉及异构化和质子化过程, 是相对容易进行的放热反应. 终致癌物C与鸟嘌呤在N7位形成DNA加合物F和G的反应, 遵循S_N2机理. 加合物G由F异构形成, 且有相对高的异构化能(气相: 244.77 kJ/mol; 水溶剂中: 234.83 kJ/mol), 这与实验上得到加合物G是主要癌变物的结果一致.     

加速器质谱法研究尼古丁与小鼠血液蛋白的加合作用

采用加速器质谱法（AMS）研究了小鼠血液中的血红蛋白（Hb),白蛋白（SA）和尼古丁和加合作用，在尼古丁剂量从相应于人吸烟的环境剂量水平0．1μg/kg体重到100μg/kg体重范围内，测量了尼古丁－血红蛋白加合物和尼古丁－白蛋白加合物的剂量效应曲线，两种蛋白的尼古丁加合物水平都随着尼古丁剂量的升高耐线性增加，在实验剂量范围内，两种蛋白质加合物的水平与小鼠肝DNA加合物水平也呈现良好的线性关系，这说两种蛋白质加合可以替代DNA加合物作为尼古丁的生物标记物，在本工作中，蛋白质加合物的测量灵敏度为0．03pmol/g蛋白（即3．2个加合物／10^12氨基酸残基），达到了文献报道的测量蛋白质生物标记物最高的灵敏度。     

无光敏剂参与的可见光诱导咪唑并[1,2-a]吡啶的三氟甲基化反应(英文)

发展了一个无光敏剂参与的可见光促进的咪唑并[1,2-a]吡啶衍生物的三氟甲基化新反应.该反应利用本课题组此前发展的基于硫叶立德骨架的亲电三氟甲基化试剂作为三氟甲基自由基源,反应条件温和,底物普适性好,同时兼容常见的官能团.机理研究表明该反应可被自由基捕获剂阻断.对两个反应底物及它们的1∶1混合物的紫外-可见光吸收光谱进行了研究,研究表明三氟甲基化试剂与咪唑并[1,2-a]吡啶之间形成了一个Donor-Acceptor加合物.在此基础上提出了一个合理的机理,即该加合物在光照条件下被激发,发生硫-三氟甲基键均裂生成三氟甲基自由基,该自由基与咪唑并[1,2-a]吡啶发生自由基取代反应.同时也成功地将该方法应用于治疗胃溃疡药物佐利米定的三氟甲基化衍生物的合成.     

三聚氰胺对DNA潜在损伤作用的研究

在生理酸度条件下(pH 7.4),采用溴化乙锭(EB)为荧光探针的荧光光谱法、I-离子荧光猝灭效应、DNA熔点和粘度效应等手段,研究了三聚氰胺与DNA的相互作用。随着DNA的加入,三聚氰胺的荧光强度明显减小而且三聚氰胺能够猝灭DNA-EB复合物的荧光,说明三聚氰胺能够竞争置换EB而与DNA作用;三聚氰胺的加入使得DNA的粘度增大,DNA-EB的熔点降低;DNA的加入减小了I-对三聚氰胺荧光的猝灭程度。三聚氰胺以嵌插方式作用于DNA的亲核位点,意味着三聚氰胺进入生物体后有可能通过形成DNA加合物的形式造成DNA损伤,从而最终导致基因突变。