靶向细胞器的次氯酸/次氯酸盐的小分子荧光探针研究进展
引用本文:李林柯, 徐俊红, 麻秋娟, 等. 靶向细胞器的次氯酸/次氯酸盐的小分子荧光探针研究进展[J]. 化学试剂, 2023, 45(7)：25-33.DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0045
作为生物体内最重要的活性氧簇（ROS）之一，次氯酸（HClO）/次氯酸盐（ClO-）是随过氧化物酶（MPO）催化过氧化氢（H2O2）和氯离子（Cl-）所产生的氧化产物，是公认的一种杀菌剂，在先天宿主防御和炎症相关病理状况的调节中起着至关重要的作用。人体体液中HClO/ClO-的平均水平约为200 μmol/L。当HClO/ClO-浓度异常时，会使氧化还原稳态失衡，产生致病性氧化应激损伤，引起包括癌症在内的许多疾病，比如：阿尔兹海默症、心血管疾病等。因此，实现对生物体中HClO/ClO-的实时监测和准确检测具有重要意义。1. 综述了近五年细胞器靶向HClO/ClO-的用于生物成像的小分子荧光探针；2.阐述这些荧光探针的设计原理、检测机制和生物学应用，为细胞器靶向HClO/ClO-荧光探针的开发和应用提供一些参考。 细胞器靶向的荧光探针主要包含3个部分：细胞器定位基团、荧光基团和识别基团，如图1所示。每一种细胞器都有特定的靶向基团。正常情况下，线粒体膜通常具有-180 mV的电位，由于电泳效应，膜渗透性阳离子化合物将在线粒体中富集，常用的线粒体定位基团常含有正电荷，如三苯基膦阳离子、吡啶阳离子、罗丹明、吲哚等[7]。
以C=C为识别基团，Zhang等[12]以吡啶阳离子为线粒体靶向基团，开发了一种新的基于荧光共振能量转移（FRET）的比率型荧光探针1，用于检测HClO/ClO-。如图2所示，在420 nm激发下，探针1由于发生了FRET，在486 nm有微弱荧光，609 nm有较强荧光。
图2 a.线粒体靶向荧光探针1对HClO/ClO-的传感机制；b.探针1在不同浓度HClO/ClO-存在时的荧光光谱图；c.探针1在RAW264.7细胞内检测HClO/ClO-的荧光成像图基于硫原子被氧化的机制，Xie等[13]以三苯基膦为线粒体定位基团，基于二酮吡咯并吡咯和吩噻嗪平台报道了一种新的线粒体靶向的HClO/ClO-荧光探针2。加入ClO-后，由于吩噻嗪中硫原子被氧化，探针2在615 nm处荧光强度呈现轻微增加趋势，而位于420 nm处的荧光发射强度急剧增加从而实现HClO/ClO-的识别。基于螺内酰胺开环的机制，Mao等[16]以三苯基膦（TPP）阳离子为线粒体靶向基团，设计合成了一种线粒体靶向荧光探针5，用于线粒体内HClO/ClO-的检测。以C=N为响应基团，Zhao等[18]构建了一种水溶性的线粒体靶向近红外荧光探针7，用于检测HClO/ClO-。
图3 线粒体靶向的HClO/ClO-荧光探针1～15的结构式基于螺内酰胺环化的机制，Shen等[27]通过跨键能量转移（TBET）策略合成了靶向溶酶体的HClO/ClO-的比率型荧光探针16，自由探针以非荧光螺环形式存在，TBET过程没有发生。探针仅显示咪唑并[1,5-a]吡啶基团的荧光。如图4所示，
图4 a.溶酶体靶向荧光探针16对HClO/ClO-的传感机制；b.探针16在不同浓度HClO/ClO-存在时的荧光光谱图；c.探针16在RAW264.7细胞内检测HClO/ClO-的荧光成像图4 内质网靶向和高尔基体靶向HClO/ClO-的荧光探针
基于磺酰胺的响应机制，Chang等[38]以对甲苯磺酰胺为内质网定位基团，报道了一种基于甲苯磺酰腙的HClO/ClO-探针27。腙与HClO/ClO-反应后经常分解为醛，但是探针27与HClO/ClO-反应后发生了磺酰胺键的断裂转化为新的腙类化合物。基于螺内酰胺开环的机制，Ren等[29]结合光笼技术和传统的分析物响应型荧光探针的优势，设计合成了首个以光笼溶酶体为靶标的HClO/ClO-荧光探针18，能够对溶酶体中的HClO/ClO-进行远程光控识别。以(2-氨基乙基)硫脲基团为识别位点，吗啉用作溶酶体靶向基团，Ma等[33]设计合成一种基于萘酰亚胺衍生物的新型靶向溶酶体的比率型荧光探针22，用于监测HClO/ClO-的浓度水平。综上所述，总结了近五年靶向细胞器的HClO/ClO-小分子荧光探针，并讨论了它们的设计策略、传感机制以及在生物成像中的应用，并且罗列了探针的相关参数。随着化学家和生物学家在不同领域的共同努力，这些问题将在不久的将来得到解决。我们希望这些靶向细胞器的HClO/ClO-的荧光探针及其改进的下一代荧光探针将为进一步研究细胞器中HClO/ClO-浓度水平与生物体生理和病理进程的关联提供强大的分子工具。
