煙臺海岸帶所用近紅外螢光探針檢測活性氧/活性硫交互響應

2020-12-08 中國科學院

　　健康的生態環境是人類生存發展的物質基礎，環境受到破壞將危害人類健康。生物細胞內活性硫物種在調節環境和人體平衡方面起著重要的作用。「活性硫物種」是含硫生物分子的集合名詞，該類分子作為硫信號轉導的關鍵位點，在生命體的生理和病理過程中發揮著至關重要的作用。硫化氫（H2S）作為活性硫物種家族的一員，其對環境的毒性和毒害影響幾個世紀以來備受研究人員的廣泛關注。然而，近來有關生命體的內源性H2S的研究發現，H2S是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之後的第三個具有生物活性的氣體，被稱為「氣體遞質」或「氣體介體」。目前的研究普遍認為H2S是硫信號轉導分子，但是又有新的研究表明，在硫信號轉導過程中，實際轉導分子是H2S直接轉化的硫烷硫（RSSnSH/RSSnSR），而不是H2S。眾所周知，高濃度的H2S具有很強的細胞毒性，而硫烷硫的細胞毒性很低。在細胞氧化還原信號過程中，活性氧物種的爆發和硫烷硫的產生都是在很短的時間內發生，其中半胱氨酸參與的氧化還原過程獨立於穀胱甘肽的抗氧化系統之外。由於缺乏直接的檢測工具，檢測活性氧物種的爆發和活性硫的實時生理作用受到了挑戰。與其他生物檢測技術相比，螢光生物成像技術已成為檢測細胞內活性物種的強有力工具。該技術具有很多優勢，如高時空解析度、非侵入性、靈敏度高、選擇性好、快速反應等，尤其是近紅外螢光能夠實現最大化生物樣品穿透和避免背景螢光信號的幹擾。

　　中國科學院煙臺海岸帶研究所研究員陳令新帶領的「環境分析監測理論與工程技術」研究團隊，立足「環境—健康」效應研究，積極布局生物螢光檢測的基礎研究和技術開發，取得了聯動檢測環境脅迫下活性氧物種參與下的活性硫物種交互響應的系列突破。研究人員設計併合成了一系列多響應近紅外螢光探針（HCy-FN、Mito-ss和Cy-NB等），利用多通道螢光信號，實現了原位、實時檢測細胞內活性氧物種的爆發和活性硫物種的交互響應。雷射共焦顯微成像結果證實了該探針可以原位實時檢測細胞線粒體內和活體小鼠內的活性氧物種的爆發和活性硫物種的交互變化，流式細胞儀分析進一步證實了成像結果。這些研究成果表明，所開發的多響應探針能夠作為直接的檢測工具，用於檢測活細胞和活體小鼠內活性氧物種的爆發和活性硫物種的變化，從而實現了在分子、細胞和活體三個層次上對活性氧物種和活性硫物種進行原位、動態的螢光成像分析。該研究不僅對闡明細胞內活性氧和活性硫關聯生成機制具有重要意義，還可望為活性硫作為真正的信號轉導分子的機理研究奠定基礎。

    相關最新研究成果陸續發表在Biomaterials (2015,63,93−101)、Analytical Chemistry (2015,87,3631−3638)、Biosensors & Bioelectronics (2015,74,156–164)等期刊上。

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雙響應近紅外螢光探針及其成像 

　　健康的生態環境是人類生存發展的物質基礎，環境受到破壞將危害人類健康。生物細胞內活性硫物種在調節環境和人體平衡方面起著重要的作用。「活性硫物種」是含硫生物分子的集合名詞，該類分子作為硫信號轉導的關鍵位點，在生命體的生理和病理過程中發揮著至關重要的作用。硫化氫（H2S）作為活性硫物種家族的一員，其對環境的毒性和毒害影響幾個世紀以來備受研究人員的廣泛關注。然而，近來有關生命體的內源性H2S的研究發現，H2S是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之後的第三個具有生物活性的氣體，被稱為「氣體遞質」或「氣體介體」。目前的研究普遍認為H2S是硫信號轉導分子，但是又有新的研究表明，在硫信號轉導過程中，實際轉導分子是H2S直接轉化的硫烷硫（RSSnSH/RSSnSR），而不是H2S。眾所周知，高濃度的H2S具有很強的細胞毒性，而硫烷硫的細胞毒性很低。在細胞氧化還原信號過程中，活性氧物種的爆發和硫烷硫的產生都是在很短的時間內發生，其中半胱氨酸參與的氧化還原過程獨立於穀胱甘肽的抗氧化系統之外。由於缺乏直接的檢測工具，檢測活性氧物種的爆發和活性硫的實時生理作用受到了挑戰。與其他生物檢測技術相比，螢光生物成像技術已成為檢測細胞內活性物種的強有力工具。該技術具有很多優勢，如高時空解析度、非侵入性、靈敏度高、選擇性好、快速反應等，尤其是近紅外螢光能夠實現最大化生物樣品穿透和避免背景螢光信號的幹擾。
　　中國科學院煙臺海岸帶研究所研究員陳令新帶領的「環境分析監測理論與工程技術」研究團隊，立足「環境—健康」效應研究，積極布局生物螢光檢測的基礎研究和技術開發，取得了聯動檢測環境脅迫下活性氧物種參與下的活性硫物種交互響應的系列突破。研究人員設計併合成了一系列多響應近紅外螢光探針（HCy-FN、Mito-ss和Cy-NB等），利用多通道螢光信號，實現了原位、實時檢測細胞內活性氧物種的爆發和活性硫物種的交互響應。雷射共焦顯微成像結果證實了該探針可以原位實時檢測細胞線粒體內和活體小鼠內的活性氧物種的爆發和活性硫物種的交互變化，流式細胞儀分析進一步證實了成像結果。這些研究成果表明，所開發的多響應探針能夠作為直接的檢測工具，用於檢測活細胞和活體小鼠內活性氧物種的爆發和活性硫物種的變化，從而實現了在分子、細胞和活體三個層次上對活性氧物種和活性硫物種進行原位、動態的螢光成像分析。該研究不僅對闡明細胞內活性氧和活性硫關聯生成機制具有重要意義，還可望為活性硫作為真正的信號轉導分子的機理研究奠定基礎。
    相關最新研究成果陸續發表在Biomaterials (2015,63,93−101)、Analytical Chemistry (2015,87,3631−3638)、Biosensors & Bioelectronics (2015,74,156–164)等期刊上。
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雙響應近紅外螢光探針及其成像 

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