同时区分Cys, Hcy和GSH的近红外荧光探针的构建及荧光定量研究

Cys, Hcy and GSH play crucial roles in a large number of physiological and pathological processes. However, current research in the relationships between these biothiols and disease formation mechanism still stays at the macro level. The simultaneous discrimination imaging analysis and quantitative analysis of these three biothiols are of great significance for elucidating the nature and related chemical biology of Cys, Hcy, and GSH at the molecular level. Therefore, to develop methods for simultaneously differentiating and quantifying Cys, Hcy and GSH in cells and serum is a challenge for analytical chemistry and of practical value. This project will design and synthesize a series of near-infrared fluorescent probes with good biocompatibility and high fluorescence quantum yield for biothiols analysis using coumarin as fluorescent units with adjustable molecular structure and superior fluorescence properties. Fluorescent probes with high sensitivity, good selectivity, which are capable of simultaneously differentiating Cys, Hcy and GSH, will be screened out by the detection of fluorescence changes from the reactions between probes with Cys, Hcy and GSH respectively. Thus, combined with fluorescence quantification technology, a novel and quantitative method of Cys, Hcy and GSH in cells and serum will be developed. It is expected to provide an excellent method and technology for the in-depth understanding of the biological nature of Cys, Hcy and GSH and accelerate related research on chemical biology. This project will also promote the progress of bioanalytical chemistry and analytical detection technologies.

Cys、Hcy和GSH参与了大量的生理和病理过程，起着举足轻重的作用，但是它们与疾病形成机制的研究还停留在宏观水平上。这三种生物硫醇的同时区分成像分析和定量分析对从分子水平上阐明Cys, Hcy和GSH的本质和相关化学生物学研究有重要意义。因此，发展同时区分、定量检测细胞和血清中Cys, Hcy和GSH的方法是分析化学面临的挑战和实际需求。本项目将以分子结构和荧光性质可调的香豆素作为荧光探针母体，设计合成系列生物兼容性好、荧光量子产率高的近红外荧光探针；通过检测荧光探针分别与Cys, Hcy和GSH作用时荧光的变化，从而筛选出灵敏度高、选择性好、能够同时区分这三种生物硫醇的荧光探针；结合荧光定量技术，建立同时定量检测细胞和血清中Cys, Hcy和GSH含量的新方法，为深入认识Cys, Hcy和GSH的生物学本质及其化学生物学的研究提供技术支撑，同时也将促进生物分析化学和分析检测技术的进步。

半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）和谷胱甘肽(GSH)是人体中含量最丰富的三种小分子生物硫醇，它们在体内参与了大量的生理和病理过程。生物样品中Hcy、Cys和GSH的含量明显不同，而它们在结构和性质上具有很大的相似性。本项目通过合理设计，构建一系列新型荧光探针，实现复杂生物体系中外源性和内源性Hcy、Cys和GSH的同时区分、实时原位无损伤检测和动态荧光成像分析，并实现血清中Hcy和Cys的同时荧光定量检测，为与Hcy、Cys和GSH相关的疾病机制研究、早期精准诊断和预防等提供强有力的研究手段。1.多信号荧光探针同时荧光成像细胞内源性Hcy、Cys、GSH及其相互转化：通过构建多反应位点荧光探针，基于探针与Hcy、Cys和GSH发生不同的化学反应而产生不同的荧光产物，成功实现内源性Hcy、Cys和GSH及其相互转化的同时区分和荧光成像研究，并且实现海藻细胞中Hcy和Cys的同时荧光成像。2.血清中Hcy和Cys的荧光定量检测和阿尔茨海默病/帕金森病小鼠组织中Cys、Hcy和GSH的可视化研究：设计并合成一种具有多个反应位点、高灵敏度和荧光量子产率高的荧光探针，实现细胞、小鼠脑组织中Cys、Hcy和GSH的同时区分及荧光成像分析，并把该探针应用到正常人和阿尔茨海默病/帕金森病患者血清样品中Cys和Hcy的荧光定量检测。3.ROS诱导的氧化还原动态过程中GSH的荧光成像研究：设计和合成一种选择性检测GSH的近红外荧光探针，成功实现双氧水和脂多糖刺激下细胞和斑马鱼中GSH的动态荧光成像研究。4.细胞内源性Cys和氨基酰化酶的荧光成像研究：成功合成一种具有大斯托克斯位移、荧光量子产率高和红光发射的新型荧光探针，实现了细胞内源性Cys和氨基酰化酶的荧光成像分析。项目执行期间申请人获得湖南省芙蓉学者称号，以通讯作者在Angewandte Chemie, International Edition、 Analytical Chemistry等国际刊物发表标注本基金号的SCI论文14篇，其中IF>10的文章2篇。申请发明专利8项，授权5项。参加学术会议10次。培养博士研究生2名，培养硕士研究生18名。