小分子生物硫醇熒光探針研究進展

盛銘浩（河北大學,河北 保定 071002）

小分子生物硫醇熒光探針研究進展

盛銘浩
（河北大學,河北 保定 071002）

在熒光探針近年來快速發展的背景下，生物硫醇檢測也成為許多學者研究的內容。尤其人類生理活動中如Cys或Hcy小分子生物硫醇都將發揮重要作用，要求在實際研究過程中注重對小分子熒光探針從應用、設計等各方面進行分析。本文主要對關于巰基與熒光探針反應的研究以及關于生物硫醇檢測中氨基雙官能團的作用研究進行探析。

生物硫醇;小分子;熒光探針;研究

0 前言

傳統進行生物硫醇檢測過程中采用的多為電化學檢測方式，要求利用較多的樣品且局限在生物硫醇總量檢測方面。對此在長期研究中提出熒光分析方式，操作較為漸變且檢測限較低，而在此基礎上許多學者提出硫醇檢測的探針，其能夠與生物硫醇發生反應，具體體現在巰基與探針分子的反應以及包括氨基官能團在內的且與巰基同探針的反應。相比之下，后者設計難度較大，所以相關的研究內容較少，但二者對于探針設計以及具體應用等方面具有十分重要的意義。

1 關于巰基與探針發生反應的研究

1.1 加成反應中的熒光探針

探針與硫醇分子發生反應的情況，在熒光探針設計的相關研究方面首先來源于1790年Kanadoka所應用的巰基，將其與馬來酰亞胺進行反應以此設計化學劑量計，能夠對硫醇進行檢測。在此基礎上Youziele等又引入丹磺酰胺，將其與硫醇發生反應以此產生能夠增強熒光的探針，其能夠對HEK內硫醇進行檢測。也有學者在熒光彈射設計中利用香豆素，使季銨鹽產生電子效應，這樣再配合空間效應可使彈射能夠對Cys做出響應，而且該探針對于小牛血清內Cys以及不存在Cys的胰島素都可進行檢測，熒光信號也較為明顯。除此之外，在加成反應過程中進行探針設計時，也有學者利用熒光素以及硝基烯，可使活細胞內硫醇得以檢測。

1.2 取代反應下探針的設計

取代反應的發生主要針對巰基親核而提出，在以往關于硫醇檢測的研究中不難發現，對Cys或Hcy等很難進行區分，使熒光探針的設計面臨較大的難題。對此有學者利用HEPES緩沖溶液研究能夠識別Cys的探針，其作用在于活細胞成像。再如許多研究中將熒光基團選擇BODIPY，其主要考慮到巰基親核特征，能夠在取代反應下區分Cys以及Hys等，作用集中體現在使谷胱甘肽比例顯示出來[1]。

1.3 利用硫醇與酯反應設計熒光探針

通過研究發現，將熒光探針的設計以雙光子的形式，其中識別基團主要利用硫代碳酸酯，而在熒光團部分主要采用苯并芘喃，將硫醇與硫酸鹽溶液進行反應，發現熒光效果可以得到大幅度提高。而且在進行雙光子成像試驗后，也發現這種設計方式的熒光探針能夠對小白鼠肝臟等進行深度檢測，探針對小白鼠腎臟與肝臟的檢測作用極為明顯。

1.4 利用硒氮鍵與巰基反應設計熒光探針

這種設計方式主要考慮到熒光與識別兩個基團中具有明顯的電子轉移現象，此時利用PBS緩沖溶液進行探針的溶解，可判斷熒光效果。同時將溶液中進行谷胱甘肽的融入，此時發現在一定距離內熒光效果在發射峰處表現極為明顯。在實際應用于顯微鏡成像方面便可判斷，探針設計中充分利用半胱氨酸與谷胱甘肽，能夠將細胞組織內硫醇檢測出來。

1.5 金屬絡合物反應下的熒光探針設計

由前文可知，巰基在特征上本身體現出明顯的親核性與還原性，而除此之外其也能夠同金屬絡合物進行配位，通過奪取反應物內的金屬可使熒光化合物得以釋放，能夠對硫醇化合物進行檢測。以往有研究發現將Cu2+與席夫堿進行反應，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，席夫堿會在溶液作用下形成醛，且熒光效果較為明顯。該探針應用于實踐中的主要是可將乳腺癌細胞成像[2]。

2 關于生物硫醇檢測中氨基雙官能團的作用研究

2.1 Cys與Hys環化反應下的探針設計

由于利用同一探針很難對結構較為相似的Cys與Hys進行區分，二者在區別上主要體現在后者含有亞甲基。許多研究以此為基點進行熒光探針的設計，如HMBT生物探針，其能夠在利用中性溶液的情況對二者進行區分。研究發現在實際應用過程中，能夠對稀釋后的脫蛋白中Cys與Hys在血漿中的情況進行檢測。

2.2 Cys與Hys同醛反應下的探針設計

Cys在與醛即官能團發生反應后會進行與巰基的加成反應，使噻唑啉環得以產生，這種反應相比Hys反應，差異在于成環碳數方面，基于這種反應方式，便可設計以Cys為主的熒光探針。如有報道中指出，在近紅外熒光探針設計過程中，識別基團選擇醛且熒光基團選擇花青染料，此時引入一定濃度的磷酸鹽緩沖溶液，并保持溫度控制在37℃，此時可發現熒光量子產率呈明顯上升趨勢。而且該探針在檢測限方面也是其他許多熒光探針所無法比擬的，將其應用在HepG2成像過程中可保證光化學具有較強的穩定性。

2.3 Cys取代反應下的探針設計

這種類型熒光探針具有增強型特征，其熒光基團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發現，Cys內的巰基會與熒光基團進行芳香親核反應，反應后的硫醚化合物又會進行取代反應，可通過試驗判斷熒光的強度與Cys濃度呈現行關系，以此進行濃度的檢測[3]。

3 結論

硫醇檢測中熒光探針的應用能夠發揮重要作用。但仍需要對有能夠識別硫醇化合物的檢測基團需進行不斷研究，并且在雙光子熒光基團或其他近紅外等探針的設計方面應是研究的重點內容，只有保證熒光探針的合理設計，才可充分發揮其在生物硫醇檢測方面的作用。

[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展淺析[J].有機化學,2014（09）:1717-1729.

[2]王勝清.基于吡唑啉結構的生物硫醇熒光探針[D].山東大學,2014.

[3]侯鵬.幾種反應型熒光探針的設計、合成及生物成像研究[D].中南大學,2014.