Page 122 - 南京医科大学学报自然科学版

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