Advanced Science:一石二鸟—-响应型钌(II)配合物探针用于体内外生物硫醇的检测和区分

生物硫醇是生物体内含巯基化合物的总称,主要包括:谷胱甘肽(GSH)、半胱氨酸(Cys)和高半胱氨酸(Hcy)。谷胱甘肽是细胞内含量最高的生物硫醇,其氧化还原平衡对保持正常免疫系统功能、抗氧化及整合解毒等生物过程起到了重要的作用。据报道,人体中谷胱甘肽浓度异常也在很大程度上影响了一些重大疾病,如癌症、心血管疾病等的发生及发展。半胱氨酸是谷胱甘肽,乙酰辅酶和牛磺酸的前驱体。人体中的半胱氨酸浓度异常会引起生长缓慢、毛发色素脱色、水肿、嗜睡、肝功能损伤、肌肉松弛和肥胖、身体虚弱等症状。体内高半胱氨酸含量异常是失调症(如心血管疾病和阿尔兹海默症)的风险因素之一。这三种生物硫醇结构相似,性质相近,但功能各异。近年来,探针技术的快速发展为生物硫醇的总量测定及单类硫醇分子的检测提供了重要的工具,但目前所开发的探针很难同时测定生物硫醇总量并区分不同种类的硫醇分子含量。

近期,澳大利亚昆士兰大学生物工程与纳米技术研究所的张润博士团队与大连理工大学的袁景利教授及张文珠副教授共同设计开发了一种可同时用于生物硫醇总量测定及GSH与Cys/Hcy区分检测的“一石二鸟”响应型钌(II)配合物发光探针(Ru-NBD)。该探针以 “荧光团-响应基团-荧光团”为框架,由于Ru(II)配合物发光团到NBD的光诱导电子转移(PET)效应及NBD的4位取代“O”醚键使得Ru(II)配合物及NBD发光被猝灭。探针Ru-NBD (“stone”)与GSH响应后,产生具有长寿命红色磷光的Ru-OH;与Cys/Hcy反应后,除产生Ru-OH外,还生成具有短寿命绿色荧光的NBD-NR。时间分辨测定模式下,NBD-NR的短寿命荧光被有效的去除,使得探针Ru-NBD与三种生物硫醇反应后只收集到到Ru-OH的长寿命磷光信号。因此,时间分辨模式下可以实现对生物硫醇总量的测定(“bird” one)。稳态发光模式下,利用探针与两类生物硫醇反应后产物荧光颜色的不同,可实现对GSH与Cys/Hcy的有效区分检测(“bird” two)。探针Ru-NBD具有选择性好、灵敏度高、细胞相容性好等优点,被成功用于时间分辨发光成像模式下的细胞内生物硫醇总量的测定和稳态荧光成像模式下细胞内生物硫醇的区分检测。此外,该探针被成功用于斑马鱼和小鼠体内生物硫醇的区分检测。研究者相信,该工作中提出的单一探针(Ru-NBD)对多种检测物(GSH与Cys/Hcy)的有效检测及区分为实现响应型探针功能多样化的设计与开发提供了新思路。该工作以””Two Birds with One Stone” Ruthenium(II) Complex Probe for Biothiols Discrimination and Detection In Vitro and In Vivo”为题,发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.202000458)上。