基于含吲哚的具有D-π结构的新型氟硼吡咯类化合物的生物化学传感器

摘要：本项目拟设计合成几个以含吲哚的具有D-π结构的新型氟硼吡咯类化合物为发光基团的生物化学传感器，探讨它们高选择性地识别半胱氨酸、N-端含半胱氨酸残基的蛋白质、含巯基的生理活性分子以及H2O2的可能性：1）选用高化学选择性的天然链接反应修饰含酚羟基、氨基的BODIPY基因，建立能特异性地识别半胱氨酸或者在N-端含半胱氨酸残基的蛋白质的基于比值法的荧光探针；2）合成含硒氮键的环状氟硼吡咯类化合物，利用含巯基的化合物可以选择性裂解硒氮共价键的特点，并且通过调控被裂解键的反应活性，实现对具体含巯基生理活性分子的特异性识别；3）利用H2O2可以选择性地与芳香硼酸反应生成苯酚的特性，构筑体内、体外特异性的识别H2O2的基于比值法的荧光探针。

1）利用BODIPY染料，设计合成了几个用于区分含巯基氨基酸的荧光探针，其作用机制为氨基酸中的巯基与染料发生芳香亲核取代反应以及分子内硫到氮转化反应，引起光谱性质的变化。.2）研究中发现亚砜功能团具有丰富的化学性质，可被巯基等还原为硫醚。我们构建了一类含亚砜功能团的新型BODIPY，且利用亚砜功能团的可还原性，发展了几个用于辨别含硫化合物的比值法荧光探针。.3）研究证明硫化氢是一新的内源性信号小分子，具有重要的生物功能，可调节多种生理和病理过程。我们设计合成了一个具有FRET的胶束纳米荧光探针，可用于高选择性的识别重要的信号小分子--硫化氢。该成果是首次报道的一个基于FRET机制的硫化氢纳米荧光探针，该设计策略成功解决了有机荧光小分子探针存在的几个大的缺陷，如差的水溶性、不能用于实时检测等。该工作旨在突破对气体信号H2S分子瞬态响应，创新地通过强吸电子基团的分子工程手段和引入大分子疏水性内腔胶束，极大提高了H2S分子活化识别位点及响应速度，构建了一个基于能量转移（FRET）机制的比值法硫化氢探针，突破性地实现了活细胞内实时在线检测内源性硫化氢的产生。.4）γ-谷酰胺转移酶（GGT）在生物体的新陈代谢过程中扮演着非常重要的角色。同时， GGT作为一个重要的生物标记物，在ovarian 癌细胞膜中过表达，但是正常细胞中含量低，因此通过对GGT活性的跟踪检测，可快速诊断ovarian cancer。我们课题组创新性的设计合成了包含BODIPY荧光染料与GGT特异性底物--谷胱甘肽（GSH）的荧光探针。癌细胞中过表达的GGT可特异性的催化裂解GSH中γ-谷酰胺键，导致S-BODIPY转化为N-BODIPY, 从而引起探针发光性质的变化，正是GGT触发的发光性能的变化使得该类探针可快速区分癌细胞与正常细胞。该研究思路是第一个酶促芳香碳S到N转移的例子，设计思想具有普适性，可用来设计一系列的基于酶催化反应的新型荧光探针。