卤代吡啰红荧光染料平台的构建及其在荧光探针方面的应用

Pyronin is a type of fluorescent dyes that possesses good water solubility and excellent photophysical properties, such as high molar extinction coefficient, good fluorescence quantum yield, and sufficient photostability. Moreover, pyronin dye possesses a positive charge delocalized through resonance, and thus is highly expected to be a suitable imaging agent for targeting mitochondria by electrostatic interactions due to the highly negative mitochondrial membrane potentials. As a result, this type of dye is highly favourable for biological applications. However, due to its difficult structure modification, few attention is paid to this dye in the field of fluorescent probe. In this project, we will exploit two chloro-functionalized dye platforms based on pyronin dye, i.e., 9-chloro-pyronin (Cl-Py) with the visible emission and 9-chloro-siliconpyronin (Cl-SiPy) with near infrared emission. Based on the two dye platforms, we will construct a series of fluorescent probes for detection and imaging of the biologically important species peroxynitrite (ONOOˉ) and Zn2+ in living cells. We hope that our studies could expand the application of pyronin dyes in the field of fluorescent probe, and provide the new method for studying the physiology and pathology of ONOOˉ and Zn2+.

吡啰红染料具有大的摩尔吸光系数、高的荧光量子产率、强的光稳定性以及好的水溶性，是一类优良的荧光染料。而且，该类染料具有一个正电荷，能靶向到具有大的负性膜电势的线粒体中，因此既可作为荧光团又可作为靶向基团。然而，由于很难进行修饰和改性，该类染料迄今在荧光探针领域未得到广泛应用。本项目拟开发“9-氯吡啰红（Cl-Py）”和“9-氯硅吡啰红（Cl-SiPy）”两个可见和近红外荧光染料平台，并针对生物活性氧ONOOˉ以及具有生物活性的Zn2+，设计合成系列荧光探针，实现ONOOˉ和Zn2+在细胞内的实时、定量的荧光传感，为吡啰红染料在荧光探针领域的应用奠定基础，也为ONOOˉ和Zn2+相关的生理病理研究提供重要的方法和手段。

吡啰红染料具有大的摩尔吸光系数、高的荧光量子产率、强的光稳定性以及好的水溶性，是一类优良的荧光染料。而且，该类染料具有一个正电荷，因此既可作为荧光团又可作为靶向基团。然而，由于很难进行修饰和改性，该类染料迄今在荧光探针领域未得到广泛应用。本项目开发了“9‒氯吡啰红（Cl‒Py）”和“9‒氯硅吡啰红（Cl‒SiPy）”两个可见和近红外荧光染料平台，并基于该平台设计合成了一个“2‒二苯基膦基苯酚功能化的吡啰红”荧光探针（POP）、一个“2，4‒二甲基‒3‒乙基吡咯功能化的硅吡啰红”荧光探针（PSiR）以及系列双光子荧光染料“氨基‒硅吡啰红”（ASiRs）。POP是利用有机阴离子转运蛋白（OATP）在多种类型癌细胞膜中过表达的特点，通过OATP主动运输的方式，高效地透过癌细胞细胞膜，且被细胞内Cys和GSH激活，实现了荧光双通道对癌细胞（或癌组织）与正常细胞（或正常组织）的区分。PSiR为首个具有溶酶体靶向作用的近红外荧光探针，通过对癌细胞溶酶体中高活性氧化物（hROS：HClO、HO•和ONOO-）高选择性、快速且灵敏的荧光传感，实现了对癌细胞（癌组织）与正常细胞（或正常组织）的区分，该探针还实现了对癌细胞受抗癌药物刺激产生hROS过程的动态影像监测。“氨基‒硅吡啰红”荧光染料不仅具有优良的双光子性质及生物兼容性，而且具有优良的溶酶体定位能力和长时间的溶酶体滞留能力，该类染料可以通过被动扩散路径快速进入溶酶体中，且不影响其正常生理过程，因此可以应用于活细胞或组织中溶酶体的实时影像追踪。此外，由于近红外光（NIR，600‒900 nm）深的组织穿透性、小的光损伤以及可避免生物自发荧光干扰的特点，以近红外光激发和发射为特征的近红外荧光染料的开发和应用一直以来是荧光染料和探针领域研究的热点。为此本项目设计合成了系列近红外荧光染料“砜‒罗丹明”，这些染料不仅继承了传统罗丹明染料优良的光物理性质，而且将罗丹明染料的吸收和发射波长拓展到了近红外区，因此在生物医学荧光影像领域显示了巨大的应用前景。