Page 122 - 南京医科大学学报自然科学版
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第44卷第1期
·116 · 南 京 医 科 大 学 学 报 2024年1月
子识别方面具有独特的优势,已成为在亚细胞水 向)、传感机制和在生物成像中的应用,助益更优
平监测生物分子、亚细胞结构定位和运动的不可 HClO探针的发现。
替代的技术。随着荧光分析技术的发展,用于检
1 基于硫探头的双光子荧光探针
测 HClO的荧光探针的种类和数量不断增多。探针
分子中常含有对HClO 具有选择性反应的基团或原 据报道,甲硫氨酸中的硫原子容易被 HClO 氧
子,如碳氮双键 [14] 、碳碳双键 [15] 、硫原子 [16-17] 、苯 化为亚砜和砜 [16] 。以此开发了很多含硫原子的
环 等。 HClO探针。
[7]
不同的荧光探针有不同的激发和发射模式,如 在水溶液中,咪唑啉⁃2⁃硫酮可与 HClO 反应产
单光子/双光子、开关/比率等。与单光子荧光探针 生咪唑衍生物,并伴有荧光开关。韩国科学家
相比,双光子荧光探针波长较长,具有更深的组织 Juyoung Yoon团队设计并构建了咪唑啉⁃2⁃硫酮类双
穿透力,减少活细胞和组织中的背景荧光,同时产 光子荧光探针 PIS(图 1),用于检测 HClO 分子 [16] 。
生更少的光损伤和更小的背景干扰 [18] 。同时,与短 PIS探针可特异性地与HClO反应,产生相应的咪唑
波长光相比,长波长光的光损伤和光漂白更小,对 荧光离子。2016 年,该课题组在 PIS 设计思路上改
[19]
细胞的毒性也更小 。 造并合成了 PNIS(图 1)双光子 HClO 荧光探针 [17] 。
双光子荧光探针利用双光子显微镜(two⁃photon 该PNIS分子中含线粒体靶向基团——三苯基磷,咪
microscopy,TPM)进行高分辨率成像。这种长波长 唑啉⁃2⁃硫酮是HClO 的识别单元,使得PNIS具有检
激发(约 800 nm)并利用 TPM 成像是提高生物成像 测内源性线粒体HClO的能力。值得指出的是PNIS
应用中检测灵敏度的一种重要方法,可以减少自吸 具有良好的水溶性,不需要有机溶剂进行助溶。该
收和背景荧光。在成像技术方面,双光子超分辨率 类型的 PIS、PNIS 探针在与 HClO 反应后,荧光强度
荧光显微镜技术成功克服了传统光学显微镜无法 约提高 100 倍,而对于其他 ROS,如 H2O2、NO·、
获得200 nm以下空间分辨率的局限 [20] 。此外,超分 ROO·、ONOO 、·OH 和叔丁基超氧化物,几乎没有
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辨率荧光显微镜可用于实时观察亚细胞器与 HClO 荧光变化,即使在更高浓度的其他 ROS 孵育 30 min
反应前后的变化 [17,21] ,方便科学家进一步了解HClO 后,也不会引起探针溶液明显的荧光变化。该类探
在生物和病理过程中的作用。目前科学家们已经 针在 HeLa 细胞和 RAW 264.7 巨噬细胞中具有良好
开发出一些基于 TPM 技术的双光子(two⁃photon, 的选择性成像。此外,利用TPM,PIS探针在小鼠海
TP)HClO探针。 马区有良好的成像效果,PNIS探针在亚细胞结构线
本文总结了近年来用于检测HClO 的小分子荧 粒体共定位实验中有良好的成像效果。PIS、PNIS
光探针的设计策略、识别机制、响应类型(比例、靶 的反应机制如图1所示。
N N N N + OH N N + OH N N +
S S S
N N N N N N O N N
PIS
N N + N + O N +
S S S N
N N OH N OH
O O O O
O Ph3P + O Ph3P + O Ph3P + O
Ph3P +
PNIS
图1 PIS/PNIS化学结构及其反应机制
Figure 1 Chemical structure and reaction mechanism of PIS/PNIS
硫醚的富电子特性使硫原子能够快速与 HClO 性质通过硫原子氧化成亚砜而改变。苯并噻唑是一
发生反应,显著改变硫原子的电子云密度,从而导 种常见的吸电子基团,王建勇团队则利用吩噻嗪和
致探针荧光强度发生明显变化(图2)。吩噻嗪中的 苯并噻唑构建了一种新型的双光子探针NS⁃ClO [22] 。
硫原子对HClO 具有很强的反应性。吩噻嗪的荧光 苯并噻唑在氧化还原条件下稳定,保证了探针在过