Cy5-Histidin，CY5-组氨酸，五甲川花青素标记组氨酸
“CY5-组氨酸”（Cy5-Histidine）是一种将 近红外荧光染料 Cy5 与天然氨基酸 组氨酸（Histidine） 通过化学偶联形成的 荧光标记探针。这类分子通常用于生物成像、细胞追踪、药物递送研究或作为分子探针探索组氨酸相关代谢通路。
一、基本成分解析
1. 组氨酸（Histidine）
中文名：组氨酸
英文名：L-Histidine（通常指 L-构型）
化学名称：(2S)-2-Amino-3-(1H-imidazol-4-yl)propanoic acid
分子式：C₆H₉N₃O₂
分子量：155.15 g/mol
结构特点：含咪唑环（pKa ≈ 6.0），在生理 pH 下可质子化/去质子化，具有缓冲能力。
生理/生物学作用：
蛋白质组成氨基酸：参与酶活性中心（如丝氨酸蛋白酶中的“催化三联体”）。
金属离子螯合：咪唑氮可结合 Zn²⁺、Cu²⁺、Fe²⁺ 等，参与金属蛋白（如超氧化物歧化酶 SOD）功能。
神经调节：是组胺（histamine）的前体，参与免疫、过敏、胃酸分泌等过程。
抗氧化与抗炎：部分研究表明其具有自由基清除能力。
肿瘤微环境响应：因肿瘤组织偏酸性（pH ~6.5–6.8），组氨酸的咪唑环在此环境下质子化，可用于设计 pH 响应型药物载体。
2. Cy5（Cyanine 5）
中文名：花青素5 / 氰基5
英文名：Cyanine 5
激发/发射波长：约 650/670 nm（红光至近红外区）
特点：
荧光强度高、光稳定性较好
适用于共聚焦显微镜、流式细胞术、小动物活体成像
商品化形式多样：Cy5-NHS、Cy5-maleimide、Cy5-azide 等
二、“Cy5-组氨酸”的构建方式（化学偶联策略）
由于组氨酸本身不含易与 Cy5 直接反应的强亲核基团（除 α-氨基和羧基外），通常需利用其 α-氨基 进行偶联：
常见合成路径：
使用 Cy5-NHS 酯（N-hydroxysuccinimide ester）：
在弱碱性缓冲液（如 pH 8.0–8.5 的 PBS 或碳酸氢钠缓冲液）中，
Cy5-NHS 与组氨酸的 α-氨基发生亲核取代，形成稳定的 酰胺键：
Cy5–NHS + H₂N–CH(COOH)–CH₂–Imidazole → Cy5–CO–NH–CH(COOH)–CH₂–Imidazole + NHS
产物为 Cy5-组氨酸酰胺（Cy5 conjugated to histidine via amide bond）
保护策略（可选）：
若需选择性修饰，可先保护组氨酸的羧基（如甲酯化）或咪唑环氮（较少用），偶联后再脱保护。
但多数情况下，直接使用 α-氨基即可，因羧基在中性/碱性条件下亲核性弱。
纯化：
通过反相 HPLC 或凝胶过滤去除未反应的 Cy5 和副产物。
产物需验证结构（质谱 MS、HPLC）和荧光性能。
三、实验应用与功能
1. 细胞摄取与转运研究
组氨酸可通过 LAT1（L-type amino acid transporter 1） 等氨基酸转运体进入细胞（尤其在肿瘤细胞中高表达）。
Cy5-组氨酸可用于 可视化氨基酸摄取动力学，评估转运体活性或抑制剂效果。
2. pH 响应型探针开发基础
因组氨酸咪唑环 pKa 接近生理酸性范围，Cy5-组氨酸或其衍生物可作为 pH 敏感荧光探针 的构建模块（例如通过荧光共振能量转移 FRET 设计）。
3. 金属离子传感平台
利用组氨酸对金属离子的螯合能力，Cy5-组氨酸可进一步开发为 Cu²⁺、Zn²⁺ 荧光传感器（金属结合可能引起荧光淬灭或增强）。
4. 药物递送载体修饰
将组氨酸引入纳米载体（如脂质体、聚合物）表面，可赋予其 肿瘤靶向性 和 内体逃逸能力（因咪唑环在酸性内体中质子化，引发“质子海绵效应”）。
Cy5-组氨酸本身也可作为模型分子验证此类载体的递送效率。
5. 对照探针
在多肽或蛋白标记实验中，Cy5-组氨酸可作为 小分子对照，排除非特异性结合或评估背景信号。
四、注意事项
荧光干扰：组氨酸本身无荧光，但金属离子（如 Cu²⁺）可能淬灭 Cy5 荧光，需控制实验条件。
稳定性：酰胺键在生理条件下稳定，但强酸/碱或蛋白酶可能影响（不过组氨酸为单体，无肽键，相对稳定）。
生物活性变化：偶联后组氨酸无法参与蛋白质合成，但保留了咪唑环的配位与缓冲功能。
