新型单独及连续识别亚硝酰氢(HNO)/一氧化氮(NO)比率单荧光探针的设计、合成及生物成像应用研究

Nitroxyl (HNO) and nitric oxide (NO) are the important reactive nitrogen species (RNS) in human body. Though they differ in physiologic role, at the same time, there is a very close relationship between them. Most of the existing fluorescent probes contain one recognition site and respond to one special target, which makes them unsuitable for researching the relationship between two or more biologically active molecules in complicated living systems. This project chooses naphthalimide/benzothiazole-naphthalene as the energy donor and rhodamine as the energy acceptor to develop the FRET fluorescent moleculars with three emission bands or two-photon (TP) emission, and then further developing the single fluorescent probe that can respond to HNO, NO, and HNO/NO with multiple sets of fluorescence signals. The HNO/NO probes developed in this project are capable of detecting HNO/NO using three-color or TP ratiometric fluorescence imaging in living cells or tissues, which is significant for studying the physiological association between HNO and NO and their physiological function in living systems. It will also help explore the mechanism of the occurrence and development of HNO/NO-related diseases and develop relevant drugs.

亚硝酰氢（HNO）和一氧化氮（NO）是人体内重要的内源性活性氮物质（RNS），两者发挥着截然不同的生理功能，同时相互之间又存在着密切的联系。目前报道的大多数荧光探针只含一个识别位点，只能检测单一目标分子，这类探针不适合用于研究复杂生命体系中多个生物活性分子之间的联系。本项目旨在构建分别以萘酰亚胺和苯并噻唑萘为能量供体、罗丹明为能量受体的具有三发射带或双光子发射的FRET荧光分子平台，并基于该平台发展能单独和连续识别HNO和NO的具有多种信号模式的单荧光探针。本项目所发展的HNO/NO荧光探针可以通过三色或双光子比率荧光成像检测细胞和组织的HNO和NO，这对研究生命体系中HNO和NO之间的生理联系和它们的生理功能有重要意义，也有助于探索与HNO和NO相关疾病的发生发展机制以及研发治疗相关疾病的药物。

在荧光技术和光学显微镜设备的快速发展的背景下，研究人员急需具有高性能的荧光探针用于生物、医学、药学等领域中。本项目以“高性能荧光探针研究”为主线，开发了一系列高选择性、高灵敏度、多发射带的荧光探针，并用于细胞与小动物中相关生物分子的含量动态检测，及与相关疾病关系的研究。具体研究成果总结如下：.（1）我们将羟基苯基苯并噻唑部菁染料（HBTMC）和NBD通过醚键连接在一起，首次发展了能区分检测半胱氨酸/高半胱氨酸、谷胱甘肽和硫化氢的多信号模式荧光探针（HMN），并且通过三色荧光成像对细胞中三组硫醇进行了区分检测。.（2）我将具有不同发射波长的香豆素、苯并恶二唑和花色素组合成一个整体，构建了能首个能区分识别Cys/Hcy、GSH和H2S的三发色团荧光探针CNF，它作为荧光逻辑门分子可以同时展示OR、TRANSFER、INH、YES和NOT五种逻辑门关系。.（3）我们通过合理设计策略，构建了一种基于芳香取代-重排反应的新型特异性半胱氨酸比率荧光探针（Cou−SBD-Cl），它能够实现抗同源分子高半胱氨酸和谷胱甘肽的干扰，并且用于研究HeLa细胞和斑马鱼在氧化应激状态下Cys含量的动态变化。.（4）我们创造性地将刚性染料和分子转子结合，构建一个能在高粘性环境中进行高信背比检测的FRET比率型SO2荧光探针（RFC-MRC），细胞成像实验证明探针在正常状态下的HeLa细胞比处于凋亡状态的HeLa检测SO2展现出更高的信背比。.（5）我们选择SBD作为荧光信号团、三苯基膦盐作为线粒体靶向基团、芳香肼作为识别基团，构建了具有线粒体靶向的丙二醛荧光探针（Mito-FMP），并且用于检测HeLa细胞在氧化应激情况下线粒体丙二醛的含量变化以及洋葱组织的内源性丙二醛。. 该项目已取得了一系列研究进展，相关研究成果在国际著名期刊发表6篇SCI论文，包括Chemical Science（1篇）、Analytical Chemistry（2篇）、Chemical Communications（2篇）和Analytical Methods（1篇），并且有望在生物、医学、逻辑门等领域进行实际应用。