中枢神经系统（Central Nervous System，CNS）是人体神经系统的最主体部分，其接受全身各处的传入信息，经它整合加工后成为协调的运动性传出，或者储存在其内部成为学习、记忆的神经基础。CNS的病变往往会在较长一段时间内严重影响患者及其家庭的正常工作和生活，给社会带来沉重负担。CNS疾病中胶质瘤和帕金森病是两类致病机理完全不同的疾病，但是同属重大疾病的范畴。在这样的背景下，科研工作者们专注CNS疾病预/诊/疗的研究，将目光聚焦在了其生化标志物的检测和功能调控上。单胺氧化酶（Monoamine Oxidases, MAOs）是表达于线粒体外膜上的一类功能型蛋白酶，氧化代谢生物体内单胺类物质，主要包括神经递质和外源性的氨类物质，其功能异常与CNS疾病关系密切。基于各自代谢底物的不同，MAOs分为两种亚型（MAO-A和MAO-B），两者的氨基酸序列相似率高达70%以上。使用荧光探针来区分两者是一项具有挑战以及生物学意义的工作，由于MAOs的重要功能，科研人员已经开发多个MAOs的荧光探针，其中双光子荧光探针因更深的组织穿透性具有非常大的科学意义和实际应用价值。近日，黄维院士团队与新加坡国立大学Yao Shao Q.教授合作，基于“空间构型转换”的概念设计合成了一种新的MAO-A特异性双光子荧光探针，报道了其在人源胶质瘤组织中MAO-A活性检测的应用。

作者基于前期对MAO-B特异性探针的研究（Nature Communications,2014,5, 3276），发现探针U1在与MAO-A和MAO-B进行docking时得到完全不同的结合模式，U1只有在与MAO-B结合时warhead朝向MAOs的活性位点，辅酶FAD，而与MAO-A结合时相反。因此，作者希望在U1的结构基础上设计一个新的MAO-A特异性双光子荧光探针。新的探针F1选择已知的MAOs底物MPTP的分子结构中的四氢吡啶作为检测基团，通过“瞬时共轭结构构建”的机理产生荧光信号的变化，旨在通过荧光信号增强的方式检测MAO-A的活性。根据docking的结果，F1只有与MAO-A结合时，四氢吡啶上的氮原子才会指向辅酶FAD，从而完成酶催化氧化，得到具有荧光的产物FD1，产生荧光信号。

作者首先在多种哺乳动物细胞系，以及通过CRISPR/Cas9调节MAOs表达的细胞模型上成功验证了F1对于MAO-A的选择性。基于以上结果，作者进一步对F1在组织上的应用进行了探索，分别对小鼠新鲜大脑组织，SH-SY5Y肿瘤组织，人胶质瘤组织（癌旁组织切片为参比，合作单位提供）进行了成像，成像深度可以达到220 μm。并且他们发现加入MAO-A特异性抑制剂（Clorgyline，CL）可以很大程度抑制荧光信号的增强，且癌旁组织中MAO-A的活性远低于其它组织样品，这也与此前报道的癌旁组织中MAO-A表达量低的结果是一致的。该项工作为MAOs的检测及研究提供新的思路和新的工具。

本工作得到了国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金委员会与瑞典科研与教育国际合作基金、陕西省自然科学基金、陕西省重要人才计划基金、中央高校基本科研基金等项目经费的支持。