小分子生物硫醇熒光探針研究進展

王永鵬 王建霞 謝芳 高杰

【摘要】生物細胞內的小分子硫醇聚合物主要有谷胱甘肽（Cys）、半胱氨酸（Hcy）以及高半胱氨酸（GSH），在正常的生理功能活動中發(fā)揮著氧化還原平衡調節(jié)作用，在維持生物正常生命體征、生理代謝、以及疫病預防等方面有著極大的價值，一旦生物細胞內的小分子硫醇含量異常，會導致患者在心腦血管疾病、腫瘤疾病等方面的發(fā)病率增加。基于此類原因，針對于生物細胞進行小分子硫醇聚合物含量進行分析與檢測，從而對多種疾病起到有效的預防、檢測作用，并對相關疾病的發(fā)病與治療、醫(yī)學研究等均有著極為重要的意義。近年來，基于醫(yī)療行業(yè)技術的發(fā)展，小分子生物硫醇熒光探針檢測技術也得到了的較為良好的發(fā)展時機。

【關鍵詞】小分子生物硫醇熒光探針研究進展

傳統(tǒng)的生物硫醇檢測采用的多為電化學檢測方式，需要借助較多的檢驗化學樣品，同時在檢驗結果方面只能檢測出來生物硫醇的總含量，對臨床病癥的檢驗、治療、研究等的應用價值有限。在醫(yī)療技術的發(fā)展推動下，熒光分析檢驗方式在檢測應用中逐漸開始應用同時檢測受限逐漸降低，故在熒光分析法的檢驗基礎上，結合了生物硫醇檢驗探針，使其能夠與生物細胞體內的生物硫醇指標進行反應，從而得出相關檢測指標的檢測結果。本文通過綜述近年來的生物檢測硫醇熒光探針的設計與應用，探究小分子生物硫醇熒光探針的研究進展。

一、小分子生物硫醇熒光探針的研究

熒光探針與硫醇聚合物發(fā)生化學反應的現(xiàn)象是小分子生物硫醇熒光探針的研究根本，此項技術的相關研究源于18世紀末期中將巰基與馬來酰亞胺共同反應設計化學劑量計，從而用于硫醇的檢驗，并在此項技術的基礎上又增加使用了丹磺酰氨，通過將丹磺酰氨與硫醇進行反應，得到的能夠對HEK內部硫醇進行檢測的技術，大大增強了熒光探針的應用價值。同時在生物硫醇熒光探針檢測方面的研究上，為了增強其選擇性，通過利用香豆素使得季胺鹽產生電子效應，在空間效應的影響下，從而對Cys有著更明顯的反應，熒光信號較為明顯，臨床應用價值顯著。也有學者利用硝基烯增強其化學反應，從而使得生物細胞內的硫醇更易被檢驗。在學者的研究中，存在著多種多樣熒光探針檢測生物硫醇的技術與方法，一步一步的推進著生物硫醇熒光探針檢測技術的發(fā)展與進步。

（一）取代反應與熒光探針的研究

取代反應是基于巰基親核性提出的熒光探針研究，在傳統(tǒng)的硫醇檢測中，Gys、Hcy等檢測結果存在模糊性，在熒光探針的檢測與研究方面有著較大的困難性。在醫(yī)療技術發(fā)展過程中，有學者提出通過使用HEPES緩沖溶液幫助熒光探針對Gys進行精準識別。或者將熒光基團選擇為BODIPY，這樣的研究理念是以巰基親核特性為依據，在取代反應下將使得谷胱甘肽比例進一步顯示，從而將Gys、Hcy區(qū)分開來。

（二）酯與硫醇法與熒光探針的研究

在針對熒探針的研究中，也有學者提出將熒光探針以雙光子的形式實施，從而用于識別熒光基團中硫代碳酸酯，在熒光基團中以苯并芘南為主，使得硫醇聚合物與硫酸鹽溶液進行反應，研究結果證實，熒光效果顯著提升，且在雙光子成像檢驗方面，對大鼠肝臟、腎臟等臟器實施深度檢驗，檢驗效果顯著。

（三）硒氮鍵與巰基反應與熒光探針的研究

該研究理念主要基于熒光基團中的電子轉移現(xiàn)象，利用PBS溶液完成探針的同屆，判斷熒光效果，同時在融入谷胱甘肽以后發(fā)現(xiàn)熒光效果達到峰值，故在顯微鏡成像方面有著較好的判斷。

二、小分子生物硫醇熒光探針的分類

由于生物細胞內的主要硫醇類聚合物為Gys、Hcy、GSH，故小分子生物硫醇熒光探針在檢測方面的分類主要依據分子中不同的巰基與氨基的協(xié)同反應特性完成設計與使用。主要的協(xié)同特性反應有丙烯酸酯加成環(huán)化反應、芳環(huán)取代重排反應、醛基環(huán)化反應、化學連接反應等，依據不同的特性反應，完成不同小分子生物硫醇探針的分類。

（一）丙烯酸酯加成環(huán)化反應

在Gys、Hcy中均有著與丙烯酸酯經過丙烯酸酯加成環(huán)化反應產生S、N患的協(xié)同特異性反應，由于7元環(huán)化的速率相較于8元環(huán)化速率較快，故在生物硫醇聚合物方面Gys的反應速率是要遠遠大于Hcy的反應速率的，依據這一特性，完成了Gys小分子生物硫醇熒光探針的檢測。

（二）芳環(huán)取代重排反應

GSH選擇性探針是基于芳環(huán)取代重排反應完成設計與應用的小分子生物硫醇熒光探針，其核心原理在于通過硫醇巰基與取代芳環(huán)發(fā)生親核取代反應，使得Gys、Hcy的取代產物通過5、6元環(huán)重排得到氨基取代產物。但是由于GSH的取代產物不發(fā)生重排現(xiàn)象，故使得GSH小分子生物硫醇熒光探針加密測方式得以實現(xiàn)。以芳環(huán)的親核取代反應為基礎，不同的親核反應位點出現(xiàn)不同的取代反應產物均有著明顯的熒光探針檢測區(qū)別。

（三）醛基環(huán)化反應

醛基環(huán)化反應則是利用醛基、Hc環(huán)化形成的四氫噻唑的硫醇結構差異性完成小分子生物硫醇熒光探針的設計與發(fā)展，Cys和Hcy可以與醛基發(fā)生加成環(huán)化反應，形成四氫噻唑/硫代嗎啉環(huán)，但是與GSH卻只發(fā)生加成反應，無環(huán)化反應，故在Cys、Hcy、GSH小分子生物硫醇熒光探針設計理念方面以此為依據。

（四）化學連接反應

該反應是蛋白質合成常用技術，由分子肽與N-末端GSH殘基上的巰基與另一肽鏈C-末端的硫酯發(fā)生取代反應，取代反應中硫酯中間體發(fā)生不可逆的分子內S、N-酰基轉移，形成肽鍵。以化學連接反應為基礎的小分子生物硫醇熒光探針在應用中易于Cys、Hcy發(fā)生取代反應，檢測效果好。

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