小分子生物硫醇熒光探針研究進(jìn)展

盛銘浩（河北大學(xué),河北 保定 071002）

小分子生物硫醇熒光探針研究進(jìn)展

盛銘浩
（河北大學(xué),河北 保定 071002）

在熒光探針近年來快速發(fā)展的背景下，生物硫醇檢測(cè)也成為許多學(xué)者研究的內(nèi)容。尤其人類生理活動(dòng)中如Cys或Hcy小分子生物硫醇都將發(fā)揮重要作用，要求在實(shí)際研究過程中注重對(duì)小分子熒光探針從應(yīng)用、設(shè)計(jì)等各方面進(jìn)行分析。本文主要對(duì)關(guān)于巰基與熒光探針反應(yīng)的研究以及關(guān)于生物硫醇檢測(cè)中氨基雙官能團(tuán)的作用研究進(jìn)行探析。

生物硫醇;小分子;熒光探針;研究

0 前言

傳統(tǒng)進(jìn)行生物硫醇檢測(cè)過程中采用的多為電化學(xué)檢測(cè)方式，要求利用較多的樣品且局限在生物硫醇總量檢測(cè)方面。對(duì)此在長期研究中提出熒光分析方式，操作較為漸變且檢測(cè)限較低，而在此基礎(chǔ)上許多學(xué)者提出硫醇檢測(cè)的探針，其能夠與生物硫醇發(fā)生反應(yīng)，具體體現(xiàn)在巰基與探針分子的反應(yīng)以及包括氨基官能團(tuán)在內(nèi)的且與巰基同探針的反應(yīng)。相比之下，后者設(shè)計(jì)難度較大，所以相關(guān)的研究內(nèi)容較少，但二者對(duì)于探針設(shè)計(jì)以及具體應(yīng)用等方面具有十分重要的意義。

1 關(guān)于巰基與探針發(fā)生反應(yīng)的研究

1.1 加成反應(yīng)中的熒光探針

探針與硫醇分子發(fā)生反應(yīng)的情況，在熒光探針設(shè)計(jì)的相關(guān)研究方面首先來源于1790年Kanadoka所應(yīng)用的巰基，將其與馬來酰亞胺進(jìn)行反應(yīng)以此設(shè)計(jì)化學(xué)劑量計(jì)，能夠?qū)α虼歼M(jìn)行檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上Youziele等又引入丹磺酰胺，將其與硫醇發(fā)生反應(yīng)以此產(chǎn)生能夠增強(qiáng)熒光的探針，其能夠?qū)EK內(nèi)硫醇進(jìn)行檢測(cè)。也有學(xué)者在熒光彈射設(shè)計(jì)中利用香豆素，使季銨鹽產(chǎn)生電子效應(yīng)，這樣再配合空間效應(yīng)可使彈射能夠?qū)ys做出響應(yīng)，而且該探針對(duì)于小牛血清內(nèi)Cys以及不存在Cys的胰島素都可進(jìn)行檢測(cè)，熒光信號(hào)也較為明顯。除此之外，在加成反應(yīng)過程中進(jìn)行探針設(shè)計(jì)時(shí)，也有學(xué)者利用熒光素以及硝基烯，可使活細(xì)胞內(nèi)硫醇得以檢測(cè)。

1.2 取代反應(yīng)下探針的設(shè)計(jì)

取代反應(yīng)的發(fā)生主要針對(duì)巰基親核而提出，在以往關(guān)于硫醇檢測(cè)的研究中不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)Cys或Hcy等很難進(jìn)行區(qū)分，使熒光探針的設(shè)計(jì)面臨較大的難題。對(duì)此有學(xué)者利用HEPES緩沖溶液研究能夠識(shí)別Cys的探針，其作用在于活細(xì)胞成像。再如許多研究中將熒光基團(tuán)選擇BODIPY，其主要考慮到巰基親核特征，能夠在取代反應(yīng)下區(qū)分Cys以及Hys等，作用集中體現(xiàn)在使谷胱甘肽比例顯示出來[1]。

1.3 利用硫醇與酯反應(yīng)設(shè)計(jì)熒光探針

通過研究發(fā)現(xiàn)，將熒光探針的設(shè)計(jì)以雙光子的形式，其中識(shí)別基團(tuán)主要利用硫代碳酸酯，而在熒光團(tuán)部分主要采用苯并芘喃，將硫醇與硫酸鹽溶液進(jìn)行反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)熒光效果可以得到大幅度提高。而且在進(jìn)行雙光子成像試驗(yàn)后，也發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)方式的熒光探針能夠?qū)π“资蟾闻K等進(jìn)行深度檢測(cè)，探針對(duì)小白鼠腎臟與肝臟的檢測(cè)作用極為明顯。

1.4 利用硒氮鍵與巰基反應(yīng)設(shè)計(jì)熒光探針

這種設(shè)計(jì)方式主要考慮到熒光與識(shí)別兩個(gè)基團(tuán)中具有明顯的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，此時(shí)利用PBS緩沖溶液進(jìn)行探針的溶解，可判斷熒光效果。同時(shí)將溶液中進(jìn)行谷胱甘肽的融入，此時(shí)發(fā)現(xiàn)在一定距離內(nèi)熒光效果在發(fā)射峰處表現(xiàn)極為明顯。在實(shí)際應(yīng)用于顯微鏡成像方面便可判斷，探針設(shè)計(jì)中充分利用半胱氨酸與谷胱甘肽，能夠?qū)⒓?xì)胞組織內(nèi)硫醇檢測(cè)出來。

1.5 金屬絡(luò)合物反應(yīng)下的熒光探針設(shè)計(jì)

由前文可知，巰基在特征上本身體現(xiàn)出明顯的親核性與還原性，而除此之外其也能夠同金屬絡(luò)合物進(jìn)行配位，通過奪取反應(yīng)物內(nèi)的金屬可使熒光化合物得以釋放，能夠?qū)α虼蓟衔镞M(jìn)行檢測(cè)。以往有研究發(fā)現(xiàn)將Cu2+與席夫堿進(jìn)行反應(yīng)，引入HEPES緩沖溶液，溶液中包含1%乙腈，能夠判斷在Cu2+被奪去后，席夫堿會(huì)在溶液作用下形成醛，且熒光效果較為明顯。該探針應(yīng)用于實(shí)踐中的主要是可將乳腺癌細(xì)胞成像[2]。

2 關(guān)于生物硫醇檢測(cè)中氨基雙官能團(tuán)的作用研究

2.1 Cys與Hys環(huán)化反應(yīng)下的探針設(shè)計(jì)

由于利用同一探針很難對(duì)結(jié)構(gòu)較為相似的Cys與Hys進(jìn)行區(qū)分，二者在區(qū)別上主要體現(xiàn)在后者含有亞甲基。許多研究以此為基點(diǎn)進(jìn)行熒光探針的設(shè)計(jì)，如HMBT生物探針，其能夠在利用中性溶液的情況對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分。研究發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠?qū)ο♂尯蟮拿摰鞍字蠧ys與Hys在血漿中的情況進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 Cys與Hys同醛反應(yīng)下的探針設(shè)計(jì)

Cys在與醛即官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)后會(huì)進(jìn)行與巰基的加成反應(yīng)，使噻唑啉環(huán)得以產(chǎn)生，這種反應(yīng)相比Hys反應(yīng)，差異在于成環(huán)碳數(shù)方面，基于這種反應(yīng)方式，便可設(shè)計(jì)以Cys為主的熒光探針。如有報(bào)道中指出，在近紅外熒光探針設(shè)計(jì)過程中，識(shí)別基團(tuán)選擇醛且熒光基團(tuán)選擇花青染料，此時(shí)引入一定濃度的磷酸鹽緩沖溶液，并保持溫度控制在37℃，此時(shí)可發(fā)現(xiàn)熒光量子產(chǎn)率呈明顯上升趨勢(shì)。而且該探針在檢測(cè)限方面也是其他許多熒光探針?biāo)鶡o法比擬的，將其應(yīng)用在HepG2成像過程中可保證光化學(xué)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

2.3 Cys取代反應(yīng)下的探針設(shè)計(jì)

這種類型熒光探針具有增強(qiáng)型特征，其熒光基團(tuán)的選擇主要以萘二甲酸酐以及硝基為主，通過在酰胺溶液中的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Cys內(nèi)的巰基會(huì)與熒光基團(tuán)進(jìn)行芳香親核反應(yīng)，反應(yīng)后的硫醚化合物又會(huì)進(jìn)行取代反應(yīng)，可通過試驗(yàn)判斷熒光的強(qiáng)度與Cys濃度呈現(xiàn)行關(guān)系，以此進(jìn)行濃度的檢測(cè)[3]。

3 結(jié)論

硫醇檢測(cè)中熒光探針的應(yīng)用能夠發(fā)揮重要作用。但仍需要對(duì)有能夠識(shí)別硫醇化合物的檢測(cè)基團(tuán)需進(jìn)行不斷研究，并且在雙光子熒光基團(tuán)或其他近紅外等探針的設(shè)計(jì)方面應(yīng)是研究的重點(diǎn)內(nèi)容，只有保證熒光探針的合理設(shè)計(jì)，才可充分發(fā)揮其在生物硫醇檢測(cè)方面的作用。

[1]王勝清,申世立,張延如,戴溪,趙寶祥.小分子生物硫醇熒光探針研究進(jìn)展淺析[J].有機(jī)化學(xué),2014（09）:1717-1729.

[2]王勝清.基于吡唑啉結(jié)構(gòu)的生物硫醇熒光探針[D].山東大學(xué),2014.

[3]侯鵬.幾種反應(yīng)型熒光探針的設(shè)計(jì)、合成及生物成像研究[D].中南大學(xué),2014.