基于雙發(fā)射信號熒光探針可視化檢測H2S和H2Sn

林玉紅，盧春華

（福州大學(xué)化學(xué)學(xué)院，福建福州350116）

活性硫物種（Reactive Sulfur Species，RSS）是生物體內(nèi)一類含硫生物分子的總稱，是生物體內(nèi)內(nèi)源性活性物種之一，包括硫化氫（H2S），多硫化物（H2Sn）等多種形式。H2S是繼CO和NO之后第三種可在生命體內(nèi)發(fā)揮作用的內(nèi)源性氣體信號分子，該氣體分子在心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)中起著重要的生理和病理調(diào)控作用。H2Sn作為H2S的直接氧化形式，可通過一系列細(xì)胞內(nèi)的氧化還原信號來調(diào)節(jié)細(xì)胞，并且有研究表明，越來越多由硫化氫參與的生理過程實際上是由多硫化物介導(dǎo)的[1]。因此，實現(xiàn)對H2S和H2Sn等活性硫物種的高靈敏性檢測對于探究疾病產(chǎn)生機(jī)理以及生理活動過程有著重要的作用[2]。目前，研究者們已經(jīng)建立了多種方法用于檢測H2S，但對于H2Sn檢測方法的開發(fā)還很少，而在同時檢測H2S和H2Sn方法研究方面則鮮有報道。華盛頓州立大學(xué)Ming Xian教授課題組報道了一種具有雙發(fā)射信號的新型熒光探針，可用于區(qū)分和檢測溶液以及細(xì)胞中的H2S和H2Sn，這項研究成果發(fā)表在德國應(yīng)用化學(xué) 《Angewandte Chemie International Edition》雜志上[3]。

該方法將香豆素（Coumarin）和熒光母素衍生物 （Rhodol） 這兩種熒光基團(tuán)通過哌嗪（Piperazine）作為linker連接形成一個雙發(fā)射信號檢測的熒光探針DDP-1，并通過在香豆素和熒光母素衍生物上分別修飾疊氮官能團(tuán) （azide）和2-苯甲酰巰基苯甲酸苯酯（phenyl2-(benzoylthio)benzoate）淬滅各自的熒光。在該熒光探針中，2-苯甲酰巰基苯甲酸苯酯和疊氮基團(tuán)分別顯示出與H2Sn和H2S良好的反應(yīng)特性，故可將其作為特異性反應(yīng)位點，用于H2Sn和H2S的傳感檢測。當(dāng)溶液中存在H2Sn時，2-苯甲酰巰基苯甲酸苯酯能夠與H2Sn發(fā)生反應(yīng)從而釋放出熒光母素衍生物的綠色熒光（λem≈542 nm）；而當(dāng)溶液中存在H2S時，它能使疊氮基團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)釋放出香豆素的藍(lán)色熒光（λem≈445 nm）。需要注意的是，由于H2S和疊氮基團(tuán)反應(yīng)會產(chǎn)生H2Sn，同時在熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）的作用下，該探針還會顯示出一定強(qiáng)度的熒光母素衍生物的綠色熒光。因此H2S能夠通過同時產(chǎn)生的兩種不同發(fā)射熒光信號被檢測到，而H2Sn的檢測只有在542 nm處具有熒光信號。

這種新型熒光探針能夠有效區(qū)分H2S和H2Sn，實現(xiàn)這兩種活性硫物種的肉眼可視化檢測，并且在其他活性硫物種的存在下，表現(xiàn)出對H2S和H2Sn良好的特異性和靈敏性。在溶液中，H2S的檢測限為100 nmol/L(425 nm)和150 nmol/L(542 nm)，而H2Sn的檢測限可達(dá)到24 nmol/L。研究還表明，這種探針還可以應(yīng)用于生物環(huán)境，用于檢測細(xì)胞中的H2S和H2Sn。該新型熒光探針的應(yīng)用對活性硫物種的檢測靈敏度有了很大的提高，在復(fù)雜的生物系統(tǒng)中擁有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力，同時也為生物體內(nèi)的多硫化物等活性硫物種的檢測和熒光成像提供了一種新的思路。

[1]Mishanina TV,Libiad M,Banerjee R.Biogenesis of reactive sulfur species for signaling by hydrogen sulfide oxidation pathways[J].Nature chemical biology,2015,11(7):457-464.

[2]Paulsen CE,Carroll K S.Cysteine-mediated redox signaling:chemistry,biology,and tools for discovery[J].Chemical reviews,2013,113(7):4633-4679.

[3]ChenW,Pacheco A,Takano Y,etal.A single fluorescent probe to visualize hydrogen sulfide and hydrogen polysulfides with different fluorescence signals[J].Angewandte Chemie International Edition,2016,55(34):9993-9996.