活性氧荧光分子探针研究进展

作者:张杰;万春香;刘洋;侯程程;郑晓飞;于跃;戴志超; 刊名:广东化工 上传者:汤敏

【摘要】荧光分子探针检测技术具有检测灵敏度高、选择性好、操作简便等优点,基于荧光分子探针建立起来的荧光显微成像技术在生物体内活性小分子的检测中发挥着重要作用,因此受到了人们的广泛关注。本文介绍了几种用于活性氧物种检测的荧光分子探针。

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活性氧物种主要包括过氧化氢(H2O2)、过氧自由基(ROO·)、次氯酸(HOCl)、单线态氧(1O2)、超氧负离子(O2-)及羟基自由基(·OH)等,其是生物体内广泛存在的重要生理活性小分子物种之一,具有较强氧化活性,在许多生理活动中起着至关重要的作用,如参与细胞内的信号传导、免疫、血压调节、基因表达等过程。但是,活性氧在体内的过度表达会对生物体造成较大危害,如过量的活性氧分子会氧化破坏脂质体、蛋白质及DNA等,进而诱发许多疾病[1]。因此,活性氧物种的检测对于疾病的诊断及病理研究有着十分重要的意义。与传统的活性氧物种检测方法相比,荧光分子探针检测技术具有检测灵敏度高、选择性好、操作简便等优点,受到了人们的广泛关注。本论文对近两年开发报道的用于活性氧检测的荧光分子探针及其应用进行了简要的概述。图1活性氧荧光探针的结构Fig.1 Structure of fluorescence probes for ROSWang等人以BODIPY为荧光发光基团,设计合成了一种用于次氯酸检测的荧光分子探针(图1A),该探针与次氯酸分子作用后,其结构中的硫醚键被次氯酸氧化成亚砜键,其吸收光谱和荧光发射光谱发生蓝移。结果表明该探针能够用于次氯酸的比率型荧光检测,反应前后其比率荧光强度增加了约34倍,并且实现了其在巨噬细胞中内源性和外源性次氯酸的荧光成像检测[2];Zhan等人设计合成了一种基于荧光素的增强型次氯酸荧光分子探针(图1B),探针本身由于荧光素分子处于闭环状态,导致其只能发出非常微弱的荧光,但是当其与次氯酸作用后,随着识别基团的离去,使得荧光素的荧光强度迅速增强。研究结果表明该探针能够用于巨噬细胞中内源性和外源性次氯酸的荧光成像检测,并且可以实现细胞中次氯酸的快速定量检测[3];Zhan等人最新设计合成了一种用于过氧化氢检测的荧光分子探针(图1C),探针中由于叠氮苄苯基团的存在,使得探针中荧光素的荧光被淬灭,当加入过氧化氢后,其强的氧化作用导致识别基团离去,使得荧光素的荧光恢复,反应前后其荧光强度增加了~441倍,该探针被成功用于了Hela细胞中过氧化氢的荧光成像检测[4]。Lei等人以BODIPY为识别基团,设计合成了一种用于羟基自由基高灵敏度检测的荧光分子探针(图1D),当加入羟基自由基后,其能够快速将荧光分子氧化,使得其荧光强度被淬灭,并且荧光强度的衰减与羟基自由基浓度呈现良好的线性,因此可以用于羟基自由基的定量检测,检测下限达11 nmol。此外,探针被成功用于了MCF-7细胞中羟基自由基的荧光成像检测[5];Xiao等人以萘为发光基团,设计合成了一种用于超氧负离子检测的双光子荧光分子探针(图1E),该探针具有检测灵敏度高、选择性好、细胞毒性低、反应速度快及不受p H影响等优点,其对超氧负离子的检测下限达60 nmol。此外,该探针成功用于了细胞在顺铂等药物刺激下超氧负离子的双光子荧光成像检测[6]。图2线粒体靶向活性氧荧光探针的结构Fig.2 Structure of mitochondria-targetable fluorescence probes forROS线粒体是细胞内活性氧的主要来源,近年来具有线粒体靶向功能的活性氧荧光分子探针被开发报道出来。Xu等人以萘为发光基团,咪唑-2-硫酮为识别基团,3-苯基膦为线粒体靶向基团设计合成了一种用于线粒体中次氯酸检测的双光子荧光分子探针(图2A),该探针具有选择性好、灵敏度高等优点,并且成功用于了多种细胞(Hela、Hep G2和胶质瘤细胞)中次氯酸的荧光成像[7];Xie等人基于ICT机理,设

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