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我们无时无刻不在吸入氧气，呼出二氧化碳。氧气，是哺乳动物赖以生存的基本物质之一。肺部吸入的氧气主要通过红细胞血红蛋白的转运作用被运送至其它组织，并在细胞中通过氧化磷酸化参与ATP合成。而另一方面，氧气作为一种具有较强氧化性的分子，易于获得电子，转变为超氧自由基——这一现象在线粒体电子传递链中尤显著。据报道，生理条件下，线粒体消耗的氧气中，约0.2-2% 被转化为超氧自由基。为了清除这些超氧自由基，避免其对正常细胞功能造成影响，哺乳动物细胞中广泛表达着超氧化物歧化酶（SOD），负责将超氧自由基转化为反应性更弱的双氧水，后者是体内氧还信号中重要的信号分子。超氧自由基的生成与有效清除间的平衡，使机体保持在氧还稳态。但当这种平衡被打破时，尤其是超氧自由基过度生成或不能被有效清除时，机体呈氧化应激状态。氧化应激被报道是导致衰老相关疾病的重要病理性因素。而要充分阐明机体氧还稳态紊乱的原因，解析氧化应激导致疾病的具体分子机制，以及发展新型抗氧化药物干预手段，无不首先需要建立对超氧自由基的检测方法。目前，超氧自由基可通过电子自旋捕获、化学发光、化学显色反应、荧光成像、液相色谱等手段进行检测。但这些方法在时空分辨率或特异性方面难以做到兼顾。如何实现活体生物样本中原位产生的超氧自由基的超选择性检测仍是一大难题。近日，浙江大学药学院李新教授、王毅教授合作开发了一类新型荧光探针，实现了活细胞中超氧自由基的高选择性成像检测。该类探针以1,2,4,5-四嗪作为超氧自由基化学识别基团，具有以下优势：选择性高、模块化设计、多色成像实现超氧自由基的半定量分析。作者首先通过探针在溶液中与不同氧化性物质的反应性比较，确定了其对超氧自由基的选择性；继而在溶液及细胞中确定了该类探针比常用ROS探针，如DCFHDA、MitoSOX，在选择性方面的优势。由于1,2,4,5-四嗪基团具有内在的荧光淬灭性质，因此，其可以被模块化连接至各类荧光团，设计出对超氧自由基呈off-on响应式探针。在该文中，作者通过从蓝色至红色发射的系列探针设计，证明了基于1,2,4,5-四嗪基的模块化探针设计优势（图1）。另外，作者还通过实验数据表明，通过联用不同荧光色段及不同检测灵敏性的探针，可实现对细胞内超氧自由基浓度的经验性评判。最后，鉴于该类探针高度的成像对比度，作者将其用于药物筛选，并在中药成分库中发现了能通过调控超氧自由基稳态，实现心肌缺血损伤保护作用的天然产物。图1. 基于1,2,4,5-四嗪基的模块化超氧自由基探针设计。这一成果近期发表于Nature Communications。1,2,4,5-Tetrazine-tethered probes for fluorogenically imaging superoxide in live cells with ultrahigh specificityXuefeng Jiang, Min Li, Yule Wang, Chao Wang, Yingchao Wang, Tianruo Shen, Lili Shen, Xiaogang Liu, Yi Wang & Xin Li Nat. Commun., 2023, 14, 1401, DOI: 10.1038/s41467-023-37121-8https://www.x-mol.com/university/faculty/70804https://www.x-mol.com/university/faculty/70780点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊