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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

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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。

序号

No.

化合物名称

Compound's name

化合物结构

Compound's structure

荧光量子产率

Quantum yield（Φ）

皮尔森或重叠系数

Pearson's/overlap coefficient

检测限

Detection limit

响应时间

Response time

CMBI

0.012

0.94

33 nmol/L

90 s

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表1 探针的性能

正文中引用本图/表的段落

本文主要从近红外荧光探针检测线粒体HClO/ClO－的反应类型进行了总结，毫无疑问，这些工作对于理解HClO/ClO-在生理和病理过程中的作用十分重要，对于荧光生物成像研究产生积极的推动作用。众所周知，线粒体基质内会产生强负膜电势，基于这一特点，综述中列举的10多种线粒体靶向荧光探针通过三苯基鏻鎓盐（TPP）、季铵盐或是亲脂性的阳离子基团定位线粒体，由于其各具优势。为了更加明晰探针技术的发展与成熟，为科研人员设计更多的新型探针提供思路，故而将文中提到的线粒体靶向近红外荧光探针列表（表1）。目前，在近红外HClO/ClO-探针和线粒体靶向能力等方面的研究均已取得了重大进展，但许多探针的开发仍面临着各种挑战，因为生物体内微环境对探针响应特性的影响不可忽视，设计与合成更灵敏、更有选择性、更低成本、更长发射波长、更实用的新型荧光探针用于体内传感和成像的荧光探针，有助于加速药物筛选、疾病诊断、癌症治疗的未来实际应用，对生物医学的发展具有重要意义。

本文主要从近红外荧光探针检测线粒体HClO/ClO－的反应类型进行了总结，毫无疑问，这些工作对于理解HClO/ClO-在生理和病理过程中的作用十分重要，对于荧光生物成像研究产生积极的推动作用.众所周知，线粒体基质内会产生强负膜电势，基于这一特点，综述中列举的10多种线粒体靶向荧光探针通过三苯基鏻鎓盐（TPP）、季铵盐或是亲脂性的阳离子基团定位线粒体，由于其各具优势.为了更加明晰探针技术的发展与成熟，为科研人员设计更多的新型探针提供思路，故而将文中提到的线粒体靶向近红外荧光探针列表（表1 ）.目前，在近红外HClO/ClO-探针和线粒体靶向能力等方面的研究均已取得了重大进展，但许多探针的开发仍面临着各种挑战，因为生物体内微环境对探针响应特性的影响不可忽视，设计与合成更灵敏、更有选择性、更低成本、更长发射波长、更实用的新型荧光探针用于体内传感和成像的荧光探针，有助于加速药物筛选、疾病诊断、癌症治疗的未来实际应用，对生物医学的发展具有重要意义. ...

... 2021年，姚成课题组［ 62 - 64 ］以花青素为前体，合成了一种新型的近红外比率型探针 C3H，其具有复杂的共轭系统和高的摩尔吸光系数，这种探针在480和750 nm显示了2个发射峰，相互之间无干扰，这有助于提高生物成像的灵敏度和分辨率（图5 ）.当在滴定实验中加入ClO-后，750 nm处的发射峰逐渐降低，而480 nm处出现新的发射峰并明显升高，红色荧光探针 C3H双键被氧化断裂，产生蓝色荧光物质，荧光强度比（ F ₄₈₀/ F ₇₅₀）从0.15增加到52.25，增强了348倍.这说明探针灵敏度高，并且探针 C3H还能在10 s内快速响应，最低检测限约22.6 nmol/L，具有高选择性和抗干扰性.此外，探针 C3H可特异性在线粒体中积累，皮尔森系数为0.90，在HepG2细胞中作为比率探针检测内源性和外源性ClO-.并且能够用于监测小鼠异种移植肿瘤模型中的HClO，加入10倍化学计量的ClO-，荧光逐渐增强，在裸鼠体内对HClO进行生物成像，使其有能力进一步探索HClO的生理和病理作用. ...

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