基于FRET-ICT双淬灭效应的比例计量型硫化氢探针的设计合成及应用

Recently, hydrogen sulfide (H2S) is reported as an endogenously produced gaseous signalling molecule with multiple biological functions, including inhibition of cytochrome oxidase, regulation of insulin level, stimulation of angiogenesis, reduce blood pressure, et al. The deregulation of endogenous H2S is correlated with the symptoms of Alzheimer’s disease, Down syndrome, diabetes and liver cirrhosis. Therefore, the development of in vivo fluorescence probes for in situ and real-time H2S detection will be helpful for understanding H2S biology and for diagnosing H2S-dependent disease. In this project, we will design and synthesize highly selective and sensitive ratiometric H2S probes based on the comprehensive application of 1) fluorescence resonance energy transfer (FRET) and intramolecular charge transfer (ICT) multiple fluorescence-quench effects; 2) multiple reaction-activation fashions (redox, nucleophilic substitution, dual-nucleophilic addition); 3) highly efficient H2S-reactive chemistry. We hope to prepare excellent H2S fluorescence probes as efficient tools for more accurate detection of H2S and for better understanding of H2S biology.

硫化氢（H2S）作为新近发现的内源性气体信号传导分子，具有多重生物功能，包括抑制细胞色素氧化酶、调节胰岛素释放、诱导血管生成、降低血压等。内源性H2S浓度的失控与多种疾病密切相关，如早老性痴呆病、唐氏综合征、糖尿病、肝硬变等。因此，发展体内实时、原位检测H2S的荧光探针，将有助于H2S生物学研究及其相关疾病的诊断。本项目拟通过综合运用1）FRET-ICT多荧光淬灭效应；2）多种反应活化方式（氧化还原、亲核取代、双亲核加成）；3）高效H2S反应化学，设计合成具有高选择性、高灵敏性的比例计量型H2S活体检测探针，为更加精确地检测内源性H2S和深入理解它的生物功能，提供有用的工具。

硫化氢作为第三个内源性气体信号传导分子，具有多重生物功能，包括抑制细胞色素氧化酶、调节胰岛素释放、诱导血管生成、降低血压等。内源性硫化氢的浓度的失控与多种疾病密切相关，如老年痴呆症、唐氏综合证、糖料病、肝硬变等。因此，发展体内实时、原位检测硫化氢的荧光探针，将有助于硫化氢生物学的研究和硫化氢相关疾病的诊断。在本基金项目的支持下，我们已经完成研究计划中的内容，具体研究成果包括：发现了NBD-胺巯基裂解新反应并以此为识别基团发展了一系列的分子探针；发展了多氟代芳香叠氮用于快速硫化氢的响应；构建了多个双反应-双淬灭硫化氢探针，从而实现高选择性、高灵敏性硫化氢的检测；建立了高通量检测硫化氢的方法，并筛选出硫化氢产生酶的新抑制剂。运用我们开发的新的硫化氢探针，成功研究了手性半胱氨酸的细胞内代谢途径，发现了外源性和内源性双氧水诱导内源性硫化氢的生物合成途径是通过CBS酶通路，这些工作有助于进一步理解硫化氢相关生物学。除了我们成功完成了研究目标，我们进一步拓展了一些新的工作：我们利用多氟代芳香叠氮用于发展更加有效的点击化学反应、Staudinger反应，并首次发现非水解Staudinger反应及其成功用于蛋白质的定点标记；我们开发了NBD-胺基近红外荧光探针，实现了内源性硫化氢的体内近红外成像，并成功用于小鼠体内肠癌肿瘤的成像，这用助于开发癌症的早期诊断新工具。以上工作整理发表18篇SCI论文，申请了一个国内专利（已公开）。