用于区分识别Cys、Hcy和GSH多结合位点荧光探针的设计及生物传感应用

The similar structures and reactivities of biothiols pose considerable challenges to the development of such probes for selective detection among biothiols, and greatly limit their application in biological and medical fields. Aiming at this problem, we designed a series of “Multi-reaction sites” fluorescent probes to distinguish Cys, Hcy and GSH based on the differences of nucleophilicity, space steric hindrance and pKa values of different biothiols and the differences in reactivity of different biothiols with different binding sites, and applied those near-infrared fluorescent probes with excellent performance to cell imaging and clinical detection research. This project can not only provide technical support to quantitatively detect these biological small molecules thiols, but also offer theoretical basis to qualitatively research the physiological activities of the different biothiols. Moreover, the obtained research achievements have potential application value in biological, clinical, pharmaceutical and other fields.

生物小分子硫醇Cys、Hcy和GSH的结构性质相似，极大地限制了现有荧光探针技术在生物、医疗检测领域区分识别生物硫醇的应用。针对这一难题，本项目利用不同生物硫醇的亲核性、空间位阻以及巯基pKa值的差异以及不同生物硫醇与不同反应位点作用的活性差异，设计合成了系列具有多个相同和不同结合位点的荧光探针，用于区分检测Cys、Hcy和GSH。并从中筛选荧光性能优良的、能区分检测Cys、Hcy和GSH的近红外荧光探针应用于细胞成像和临床检测研究。本项目的开展不仅为定量荧光区分检测三种生物小分子硫醇提供技术支持，而且还为定性研究三种生物小分子硫醇的生理活性提供理论依据。本项目的研究成果在生物、临床、医药等领域具有潜在的应用价值。

生物小分子硫醇Cys、Hcy和GSH的结构性质相似，极大地限制了现有荧光探针技术在生物、医疗检测领域区分识别生物硫醇的应用。同时，生物硫醇的代谢产物SO2是一种内源性气体信号分子，在心血管生理及病理调节中发挥重要作用，也具有强的亲核性，会干扰生物硫醇的区分检测。因此，发展区分识别生物小分子硫醇及其代谢产物SO2的荧光探针是亟待解决的难题。本项目利用不同生物硫醇的亲核性、空间位阻以及巯基pKa值的差异和生物硫醇与其代谢产物SO2的亲核性差异以及与不同反应位点作用的活性差异，设计合成了系列具有多个相同和不同结合位点的荧光探针，用于特异性检测Cys（或GSH）和区分检测Cys、Hcy和GSH以及代谢产物SO2，并应用于细胞、斑马鱼和小鼠活体成像，实现了生物组织以及活体中生物硫醇的区分检测及其代谢产物SO2的区分检测，使细胞内硫醇代谢过程可视化。本项目的研究成果为生物硫醇及其代谢产物SO2的区分识别提供了可视化工具，在生物、临床、医药等领域具有潜在的应用价值。