具有大Stokes 位移的硫醇、单胺氧化酶和过氧化氢近红外荧光探针的合成、结构与性质关系及细胞荧光成像研究

近红外小分子荧光探针的设计及荧光成像应用是当前化学和生物等交叉学科的一个重要研究方向。针对目前近红外荧光探针所面临Stokes位移很小（<25 nm）的问题, 本项目利用通过键的能量传递的荧光染料具有大Stokes位移的原理，基于本研究小组在通过键的能量传递的荧光染料和前期研究所发展的近红外荧光染料的研究基础上,本项目旨在发展具有大Stokes 位移（约200 nm）的近红外荧光染料作为新型荧光探针平台, 并基于该平台创建一系列近红外荧光探针,从而利用荧光成像检测活细胞内硫醇、单胺氧化酶和过氧化氢。本项目所发展的基于通过键的能量传递原理的近红外荧光探针具有一个显著特性，具有大Stokes 位移（约200 nm），可避免荧光自淬灭和因激发光的反散射效应而产生的严重荧光检测误差,有望为解决目前近红外荧光探针所面临的Stokes位移小的问题提供理论指导和实验依据,具有重大的科学意义和应用价值。

活性氧是指生物体内在很多生理和病理过程起着非常重要作用的一些含氧自由基（羟基自由基和超氧阴离子自由基等）和非自由基（过氧化氢和次氯酸等）的总称。过氧化氢（H2O2）作为一种重要的活性氧参与重要的生理过程，它作为信号分子参与各种各样的信号传导过程，也是氧化应激等相关疾病的标记物、抵抗病原物的侵害以及介导细胞死亡等。在细胞内，细胞因子、生长因子和神经递质等激活白细胞氧化酶（NADPH氧化酶），催化细胞周围环境中的氧（O2）生成H2O2。体内H2O2浓度的异常变化跟人类的许多疾病密切相关，例如癌症、糖尿病、心血管疾病和神经系统性疾病。硫化氢 (H2S)、一氧化氮和一氧化碳是目前已经被广泛认可与重大疾病相关的信号分子, 具有传导信号通路的功能, 进而调控相关生理事件。H2S在人体内是继NO 和CO 之后的第三个内源性气体信号分子。内源性H2S 主要是由L-半胱氨酸或它的衍生物通过酶解产生，H2S合成酶包括胱硫醚-β-合成酶、胱硫醚-γ-裂解酶、3-巯基丙酮酸硫转移酶和半胱氨酸氨基转移酶。生理水平的H2S 参与一系列生理调节过程，如神经传导、调节血管舒张、细胞凋亡、炎症、缺血再灌注损伤以及胰岛素分泌。细胞一旦无法维持正常的H2S浓度，可能会引发阿尔茨海默氏症、唐氏综合症等疾病。生物硫醇，包括半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽，是生物体硫铁络合物中硫配体的提供者，也是H2S的前体。细胞内最多的非蛋白巯基谷胱甘肽，在维持细胞生理功能中起着重要作用，包括细胞内的氧化还原反应、异物代谢、信号传导与基因调控等。.在该项基金的资助下，本课题组设计合成了一系列性质优越的荧光染料，比如CS、HD、GCTPOC、CHMC、XC等，并对它们的光学性质进行了详尽的研究。我们利用这些染料合成了十多个H2O2、H2S和硫醇荧光探针，包括NIR-H2O2、NIR-Thiol、FP-H2O2-NO、CHMC-thiol、KC-Br、XC-H2S、CN-N3、GCTPOC-H2S、Nap-N3、FR-thiol、NIR-H2S、PI-N3等。这些探针都在生物样品，如细胞、组织和小鼠，进行了成像应用，能时间在线地监测靶标分子，获取了大量有价值的荧光成像数据。这些基础研究为进一步研究生命体系中H2O2、H2S和硫醇的产生及生理功能提供了重要的技术手段，将对与H2O2、H2S和硫醇相关的疾病的机制研究提供重要手段。