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线粒体靶向的近红外HClO/ClO ^－荧光探针的研究进展

黄蕊, 叶长青, 李亚军, 邱盟峯, 李达谅, 鲍红丽

应用化学 2022, 39 (3): 407-424. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.210583

摘要（618）

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HClO/ClO^-作为细胞质中一种重要的活性氧（ROS），源自线粒体，参与各种生理和病理过程，因此快速有效检测HClO/ClO^-具有重要的生物学及生理学意义。荧光分析法因其灵敏度高、响应时间快、选择性高、成本低和操作简便等优点而备受关注。更重要的是，使用荧光探针可以在体外和体内可视化检测。近年来，为了研究HClO/ClO^-在细胞中的作用，已发展了一些靶向线粒体的荧光HClO/ClO^-探针。其中，发射波长位于短波区域的探针存在背景荧光强、组织穿透性差等不足，因此，开发具有远红外至近红外发射的HClO/ClO^-探针具有重要意义。本文围绕用于检测HClO/ClO^-的线粒体靶向近红外荧光探针的最新动态展开讨论，将探针检测HClO/ClO^-的反应类型分为不饱和双键的氧化、硫醚的氧化、氨基或酰肼的氧化和多位点的氧化等几个类别进行了归纳总结，希望为新一代高效灵敏、生物兼容性好的靶向性HClO/ClO^-荧光探针的发展提供一定的帮助。

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图6 Mito?NCHO和Mito?NClO的合成路径^{［

65
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正文中引用本图/表的段落

2019年，蒋玉仁课题组［65］设计了一种“off-on”式的近红外荧光探针 Mito?NClO，基于已报道的近红外染料［66］，用苯甲醛取代苯酚来扩展荧光团的共轭体系，引入二氨基马来腈（DAMN）作为特异性反应位点（图6），通过ClO-的氧化性，在脱去DAMN时，释放荧光基团，导致荧光信号的开启［67-68］（图7）。当在550 nm激发时，探针本身在pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液（PBS）中几乎不显示荧光信号，因为探针的荧光被DAMN识别位点淬灭。而在探针溶液中加入NaClO后，随着亚胺键的氧化和 Mito?NCHO（ Φ _F=0.15）的释放，观察到667 nm的强发射。加入5倍化学计量的ClO-后，探针荧光强度急剧升高，在3 min趋于稳定。探针 Mito?NClO检测限低至90.2 nmol/L，具有较大的斯托克斯位移（117 nm）和良好的水溶性，可被溶解于99%水溶液中。考虑到水溶液和活细胞的环境不同，作者进一步研究了探针 Mito?NCHO监测活细胞中ClO-的可行性，在HeLa细胞中用一种商业线粒体染料（罗丹明123）进行共定位实验，皮尔森系数为0.84，探针主要分布在线粒体区域。此外，探针可以应用于HeLa细胞外源性和内源性ClO-的检测，在斑马鱼模型中，用脂多糖/佛波酯（LPS/PMA）或者NaClO处理后出现明显荧光，促进了实时可视化监测体内ClO-。

2019年，蒋玉仁课题组［ 65 ］设计了一种“off-on”式的近红外荧光探针 Mito?NClO，基于已报道的近红外染料［ 66 ］，用苯甲醛取代苯酚来扩展荧光团的共轭体系，引入二氨基马来腈（DAMN）作为特异性反应位点（图6 ），通过ClO-的氧化性，在脱去DAMN时，释放荧光基团，导致荧光信号的开启［ 67 - 68 ］（图7 ）.当在550 nm激发时，探针本身在pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液（PBS）中几乎不显示荧光信号，因为探针的荧光被DAMN识别位点淬灭.而在探针溶液中加入NaClO后，随着亚胺键的氧化和 Mito?NCHO（ Φ _F=0.15）的释放，观察到667 nm的强发射.加入5倍化学计量的ClO-后，探针荧光强度急剧升高，在3 min趋于稳定.探针 Mito?NClO检测限低至90.2 nmol/L，具有较大的斯托克斯位移（117 nm）和良好的水溶性，可被溶解于99%水溶液中.考虑到水溶液和活细胞的环境不同，作者进一步研究了探针 Mito?NCHO监测活细胞中ClO-的可行性，在HeLa细胞中用一种商业线粒体染料（罗丹明123）进行共定位实验，皮尔森系数为0.84，探针主要分布在线粒体区域.此外，探针可以应用于HeLa细胞外源性和内源性ClO-的检测，在斑马鱼模型中，用脂多糖/佛波酯（LPS/PMA）或者NaClO处理后出现明显荧光，促进了实时可视化监测体内ClO-. ...

... 2019年，蒋玉仁课题组［ 65 ］设计了一种“off-on”式的近红外荧光探针 Mito?NClO，基于已报道的近红外染料［ 66 ］，用苯甲醛取代苯酚来扩展荧光团的共轭体系，引入二氨基马来腈（DAMN）作为特异性反应位点（图6 ），通过ClO-的氧化性，在脱去DAMN时，释放荧光基团，导致荧光信号的开启［ 67 - 68 ］（图7 ）.当在550 nm激发时，探针本身在pH=7.4的磷酸盐缓冲溶液（PBS）中几乎不显示荧光信号，因为探针的荧光被DAMN识别位点淬灭.而在探针溶液中加入NaClO后，随着亚胺键的氧化和 Mito?NCHO（ Φ _F=0.15）的释放，观察到667 nm的强发射.加入5倍化学计量的ClO-后，探针荧光强度急剧升高，在3 min趋于稳定.探针 Mito?NClO检测限低至90.2 nmol/L，具有较大的斯托克斯位移（117 nm）和良好的水溶性，可被溶解于99%水溶液中.考虑到水溶液和活细胞的环境不同，作者进一步研究了探针 Mito?NCHO监测活细胞中ClO-的可行性，在HeLa细胞中用一种商业线粒体染料（罗丹明123）进行共定位实验，皮尔森系数为0.84，探针主要分布在线粒体区域.此外，探针可以应用于HeLa细胞外源性和内源性ClO-的检测，在斑马鱼模型中，用脂多糖/佛波酯（LPS/PMA）或者NaClO处理后出现明显荧光，促进了实时可视化监测体内ClO-. ...

2016年，李鹏课题组［ 69 ］基于花青素荧光染料引入4-（甲硫基）-苯胺基，设计了一种“turn-on”型的近红外荧光探针 Cy7?NphS，探针能对HClO和髓过氧化物酶（MPO）进行特异性检测，探针响应迅速、反应灵敏，响应HClO的荧光增强机制可以用光诱导电子转移（PET）过程来解释（图8 ）.设计优势有：1）含硫部分作为HClO反应中心可以排除HClO诱导的近红外荧光猝灭的担忧；2）硫中心的氧化有望成为调节花青素荧光的有效手段；3）设计的探针可以通过简单的一步反应合成.探针 Cy7?NphS的最大吸收波长为752 nm，最大发射波长为789 nm.动力学曲线显示，探针 Cy7?NphS对HClO的响应时间非常快，荧光信号通常在30 s内达到稳定状态，可用于原位监测MPO产生的HClO.此外，探针 Cy7?NphS已成功应用于实时监测PBS溶液中HL-60细胞（人原髓细胞白血病细胞）中的HClO和MPO，与线粒体绿色荧光探针进行共定位实验表明探针具有线粒体靶向性，皮尔森系数为0.88. ...

... 2016年，李鹏课题组［ 69 ］基于花青素荧光染料引入4-（甲硫基）-苯胺基，设计了一种“turn-on”型的近红外荧光探针 Cy7?NphS，探针能对HClO和髓过氧化物酶（MPO）进行特异性检测，探针响应迅速、反应灵敏，响应HClO的荧光增强机制可以用光诱导电子转移（PET）过程来解释（图8 ）.设计优势有：1）含硫部分作为HClO反应中心可以排除HClO诱导的近红外荧光猝灭的担忧；2）硫中心的氧化有望成为调节花青素荧光的有效手段；3）设计的探针可以通过简单的一步反应合成.探针 Cy7?NphS的最大吸收波长为752 nm，最大发射波长为789 nm.动力学曲线显示，探针 Cy7?NphS对HClO的响应时间非常快，荧光信号通常在30 s内达到稳定状态，可用于原位监测MPO产生的HClO.此外，探针 Cy7?NphS已成功应用于实时监测PBS溶液中HL-60细胞（人原髓细胞白血病细胞）中的HClO和MPO，与线粒体绿色荧光探针进行共定位实验表明探针具有线粒体靶向性，皮尔森系数为0.88. ...

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