特异性识别半胱氨酸荧光探针的合成及细胞成像研究

基于光诱导电子转移(PET)机制,利用Cys亲核性较强,能够与探针分子发生亲核取代反应,使丙烯酰基离去,使探针分子体系内PET过程失效,合成了一种特异性识别半胱氨酸的荧光探针。当向探针溶液分别加入多种测试物时,除与Cys结构类似的Hcy和GSH会引起探针溶液微弱的荧光变化外,其他氨基酸均不会引起探针溶液荧光强度的变化,该探针对Cys具有良好的选择性和灵敏度,可在生理条件下检测Cys,并且区分Hcy和GSH。同时,该探针成功实现了细胞内Cys的荧光成像,为在生物学及医学中的实际应用建立了一种特异性识别Cys的分析方法。     

基于黄酮醇的高选择性半胱氨酸荧光探针的合成及性能研究

报道了一种基于4’-二乙氨基黄酮醇、以丙烯酸酯为半胱氨酸(Cys)反应基团的荧光增强型探针A1,对Cys的检测响应快速(5 min内),能有效识别区分另外两种含巯基生物分子高半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)。探针溶液荧光强度与加入的Cys浓度呈线性相关,拟合方程为y=6.894x+0.8409(R~2=0.9973),检测限为1×10~(-7)mol/L。加入Cys后,探针溶液由浅色变为亮黄色,在自然光条件下实现对Cys的比色检测。检测机理推测为Cys对A1中的丙烯酰基进行了共轭加成并使酯键断裂,使荧光母体得到释放从而产生增强的荧光信号。探针A1可用于活细胞内对Cys的荧光成像分析。     

荧光探针在半胱氨酸检测的应用

半胱氨酸(Cys)是三种生物硫醇之一,是20种天然氨基酸中唯一一种含还原性巯基的天然氨基酸,是组成细胞内多肽和蛋白质的基本氨基酸之一。其参与体内细胞的氧化还原调控,调节体内氧化还原平衡,维持机体正常代谢,在生理过程中发挥着至关重要的作用。然而体内的Cys浓度水平异常会引起一系列生理疾病,体内的Cys浓度作为几种疾病的生物标志物具有临床意义。因此有效地识别和检测半胱氨酸受到越来越多的研究者们的青睐。相较传统检测方法,荧光探针因其操作简单、灵敏度高、响应迅速和实时检测等优点,已被广泛用于检测生物硫醇。本文基于常见荧光团的结构性能特征,综述了近三年来检测Cys的荧光探针,重点概述了其传感机制,并对其生物应用进行了简要说明,展望了未来Cys探针的研究方向与应用前景。     

一种基于罗丹明类似物的Cys近红外荧光探针

基于罗丹明类似物作为荧光团合成了一例新型半胱氨酸(Cys)近红外荧光探针CS-Cys.该探针能特异性识别Cys,其他含巯基氨基酸不与探针响应,响应机理为:Cys与CS-Cys分子中的丙烯酸酯发生共轭加成-环化反应,进而羟基裸露并释放出荧光.通过对CS-Cys与Cys在不同pH环境中反应后的荧光变化进行研究,发现通过改变溶液pH值可调节给电子基的供电子能力和荧光团ICT过程,从而使荧光激发波长和发射波长达到近红外区域.     

高选择性半胱氨酸探针的设计、合成及光谱性质研究

合成了一种新型的裸眼识别半胱氨酸(Cys)的荧光探针,可以专一性地识别半胱氨酸而不受同型半胱氨酸(Hcy)、二硫苏糖醇(DTT)、谷胱甘肽(GSH)和其它氨基酸的影响。研究结果表明:探针与Cys作用后,溶液颜色由无色变为黄色,紫外吸收光谱红移约32 nm,同时荧光强度淬灭,荧光光谱红移约75 nm,可实现裸眼检测。     

一种新型快速检测半胱氨酸的荧光探针EI北大核心CSCD

基于三苯胺母体的强供电子能力,设计合成了一种共轭性良好的新型半胱氨酸(Cys)荧光探针。采用荧光光谱法和紫外-可见光谱法研究了目标探针T-Probe对半胱氨酸(Cys)的光谱响应。结果表明:目标探针分子与Cys作用后,荧光发射波长有约20 nm红移,荧光强度发生明显的增强,在365 nm紫外灯下,溶液由青色变为蓝色;探针分子选择性识别Cys的检测限为98.4 nmol/L,且灵敏度较高。     

基于1,8-萘酰亚胺的半胱氨酸荧光探针的合成及在生物成像方面的应用

设计合成了一种用于检测半胱氨酸的新型荧光探针乙二醛(N-羟乙基-1,8-二甲酰亚胺-4-萘基)单腙(NAD),该荧光探针对半胱氨酸表现出较高的灵敏度和选择性.当半胱氨酸加入NAD溶液中,会形成分子内氢键,抑制C■N的异构化,导致荧光增强.此外,探针NAD可应用于细胞内半胱氨酸的检测,表明该类型探针在生物检测应用方面具有较大的潜力.     

一种1,8-萘酰亚胺衍生物检测半胱氨酸荧光探针 的合成及其在活细胞和秀丽隐杆线虫中成像中的运用

基于1,8-萘酰亚胺衍生物,构建了一种检测半胱氨酸(Cys)的新型荧光探针TPFC-Acryloyl。光谱研究表明该探针能有效识别Cys且能够在1min内实现快速响应。探针对Cys的检测表现出高选择性,检测限为2.13μmol/L。经荧光光谱和质谱实验确证其检测机理为：Cys与TPFC-Acryloyl分子中的丙烯酸酯发生共轭加成-环化反应,进而羟基裸露的同时释放出黄色荧光。细胞毒性测试表明探针TPFC-Acryloyl的细胞毒性低。此外,该探针还被成功应用于活细胞和秀丽隐杆线虫中Cys的荧光成像。     

一种“硫醇-色烯点击反应”的荧光探针的合成及应用

本文设计合成了一种基于硫醇-色烯点击反应的荧光探针CHMPC-Ac,用于半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)的识别检测.这些生物硫醇因巯基的强亲核性而与探针的不饱和酮发生迈克尔加成反应,导致色烯分子开环等分子内级联反应,生成具有强荧光的香豆素衍生物,分别使荧光强度增强107、69和66倍. CHMPC-Ac具有灵敏度高(Cys:15 nM; Hcy:26 nM; GSH:22 nM)和响应快(Cys:20 s; Hcy:50 s; GSH:30 s)等优点,并已应用于HepG 2细胞和斑马鱼体内生物硫醇的识别检测.     

基于菁染料高选择性检测半胱氨酸的近红外荧光探针

本文设计合成了以菁染料为荧光团,以4-(三氟甲基)苯硫基为半胱氨酸响应识别基团的近红外荧光探针(Cy-CF_3)。利用探针分子Cy-CF_3与半胱氨酸和谷胱甘肽反应发生的机理不同,实现了对半胱氨酸特异性识别。探针分子Cy-CF_3与半胱氨酸发生芳香亲核取代反应生成巯基取代产物,进一步通过分子内重排反应生成氨基取代产物Cy-Cys。光谱研究结果表明,探针分子Cy-CF_3与半胱氨酸作用后发生明显的吸收波长蓝移(160nm),并且可观察到明显的颜色变化;荧光光谱中,随着半胱氨酸的加入,探针分子Cy-CF_3在780nm处的近红外荧光显著增强。Cy-CF_3能高选择性检测半胱氨酸,并且不受其它氨基酸尤其是结构类似的谷胱甘肽干扰。探针分子Cy-CF_3被成功地应用于活体细胞中检测半胱氨酸。     

基于萘酰亚胺的生物硫醇探针的合成及对含硫醇氨基酸的检测

合成了以4-羟基萘酰亚胺为荧光团,2,4-二硝基苯磺酰氧基为特异性识别基团的生物硫醇探针4-(2,4-二硝基苯磺酰氧基)-正丁基-1,8-萘酰亚胺(DNSBN).吸收光谱和荧光光谱结果表明, DNSBN对半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH)3种生物硫醇分子具有高效的检测识别能力,不受其它17种天然氨基酸的干扰.同时,通过荧光滴定实验证实了此探针是一种比率型探针,555 nm处的荧光强度与溶液中的生物硫醇分子浓度在0 ~ 20 μmol/L范围内呈良好的线性关系,对Cys、Hcy和GSH的检出限(3σ)分别为25.9、92.0和77.9 nmol/L.而吸收光谱、荧光光谱和质谱表征数据显示,生物硫醇与2,4-二硝基苯磺酸酯发生亲核取代反应并导致磺酸酯的分解.随着识别基团的解离,探针分子的d-PeT (donor-excited photoinduced electron transfer) 效应被解除,并出现非常明显的比色与荧光变化.HeLa细胞成像实验表明,探针DNSBN具有良好的生物相容性,能够对细胞外源性生物硫醇分子进行检测.     

一种检测生物硫醇荧光探针的合成与应用

基于硫醇诱导的迈克尔加成反应阻断探针的光诱导电子转移过程(PET)合成了一种基于氟化硼络合二吡咯甲川(Bodipy)类染料的荧光探针,该探针具有高灵敏度和选择性,可在生理条件下检测硫醇。利用核磁和高分辨质谱对探针结构进行了表征。当向探针溶液加入硫醇(0~1 000μmol/L)时,可在探针溶液的绿色光谱区域引起一个显著的荧光增强响应(增强至150倍)。同时,探针可以检测相对较低浓度的硫醇,对于含有硫醇的氨基酸(半胱氨酸、谷胱甘肽和高半胱氨酸)的检出限分别为4.5×10~(-7),1.2×10~(-7),2.1×10~(-7)mol/L。此外,相对于其他氨基酸,探针对硫醇具有较高的选择性和灵敏度。该方法成功实现了细胞内硫醇的荧光成像,证明该荧光探针在生物体系中具有潜在的应用能力。     

高选择性半胱氨酸荧光探针的合成及生物成像

生物巯基分子在人体生理和病理过程中发挥着重要作用。因此,专一性识别生物巯基分子在生命科学领域具有非常重要的应用价值。我们利用醛基作为巯基识别基团进行成环反应,合成了一种新型的荧光增强型半胱氨酸(Cys)荧光探针,其结构用核磁共振氢谱、质谱以及红外光谱进行表征。该探针分子具有合成简单、选择性好、光稳定性好等优点,本身无色,无荧光,与Cys作用后,紫外吸收光谱蓝移约15nm,荧光强度增强105倍,荧光颜色由无色变为深蓝色,可实现裸眼观测且能进行活细胞成像。     

红光/近红外光硫醇荧光探针

小分子生物硫醇,包括半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)和谷胱甘肽(GSH),在生理活动中扮演了重要的角色,其浓度的异常变化常与多种疾病息息相关,因此对其进行检测就显得尤为重要。近几年来,荧光探针因具有操作简便、时空分辨率高、损伤小和可视化等优势,在硫醇的识别领域成为了研究热点之一。而在已报道的众多的硫醇荧光探针中,红光或近红外光发射的荧光探针又因其具有背景干扰小、穿透深度深、拉曼散射影响小等特点,而受到研究者的青睐。本综述重点回顾了近三年来文献中报道的性能优异、发射红光或近红外光信号的硫醇荧光探针,根据构成探针分子荧光团的种类不同而进行分类介绍,包括罗丹明类、二吡咯氟硼类、花菁类、天然色素类、给受体型共轭化合物和聚集诱导发光型化合物六类。本文主要从分子设计、荧光性质、识别机理和成像应用等方面对各种荧光探针进行综述,同时展望了长波长发射的硫醇荧光探针的应用前景及待解决的问题。     

一种基于查尔酮衍生物的荧光探针对巯基氨基酸的检测及细胞成像

生物硫醇(如半胱氨酸(Cys)、同型半胱氨酸(Hcy)及谷胱甘肽(GSH))与生物体和细胞中的许多生理和病理过程密切相关。荧光探针是对生物硫醇灵敏检测与成像的有力工具。本文合成了一种可检测生物硫醇的基于2′-羟基查尔酮荧光团开启型荧光探针1。探针中的2,4-二硝基苯磺酸酯基团既作为反应识别基团,又作为荧光猝灭基团。在DMSO/Tris(体积比8/2,pH=8.4)中,探针1与生物硫醇反应后释放出前体化合物3,3具有激发态分子内质子转移(ESIPT)和聚集诱导发光(AIE)特性,从而导致长波长荧光发射及较大的斯托克斯位移。探针1具有合成简单、灵敏度高、选择性高、细胞毒性低等优点,可以方便地检测溶液和活细胞中的生物硫醇。     

有机巯基小分子生物荧光探针研究进展

生命体内许多重要的巯基小分子,如半胱氨酸(Cysteine,Cys)、同型半胱氨酸(Homocysteine,Hcy)和还原谷胱甘肽(Glutathione,GSH)等,在维持生命体系中的氧化还原平衡发挥着重要作用。因此,定量检测和专一性识别巯基生物分子在生物医学研究中具有非常重要的意义。荧光分析法具有操作简便、灵敏度高、选择性好、实时检测以及对生物体损伤小等优点而受到广泛关注。双光子荧光探针技术相对于单光子荧光技术具有长波吸收,短波发射、高度的三维空间选择性、大的穿透深度、避免荧光漂白和光致毒以及降低组织自发荧光干扰等特点,在生命科学领域具有广阔的应用前景。介绍了有机单光子和双光子巯基小分子荧光探针的研究现状,同时展望了有机巯基小分子荧光探针未来的研究方向。     

基于苯并吡喃腈的激活型半胱氨酸荧光探针

设计并合成了基于苯并吡喃腈为母体单元的近红外激活型荧光探针(E)-2-(苯并吡喃腈基)乙烯基-5-(二乙氨基)丙烯酸苯酯(DCM-AC),其结构中的丙烯酰酯键作为氨基酸激活反应的响应基团。 研究结果表明,探针分子DCM-AC对半胱氨酸具有高灵敏、选择性光谱响应,不仅能观察到明显的颜色变化,而且探针在710 nm处的荧光发射强度显著增强,相应的荧光增强比值与半胱氨酸的浓度(1.0~8.0 μmol/L)呈现良好的线性关系。 探针DCM-AC对半胱氨酸的检出限为2.8×10^-7 mol/L,能选择性检测半胱氨酸区别于结构类似的高半胱氨酸和谷胱甘肽,且不受其它氨基酸物质干扰。 通过质谱、核磁和紫外吸收光谱研究了DCM-AC检测半胱氨酸的反应激活机理:半胱氨酸先通过巯基与DCM-AC上的丙烯酰酯双键发生亲核加成,然后环化脱除内酰胺环状化合物。     

一种新型比率型荧光探针用于细胞内半胱氨酸的检测（英文）

半胱氨酸是人体重要生物成分,一种新型的吲哚菁类比率型荧光探针的水平与多种疾病相关,对半胱氨酸浓度进行快速、准确的响应,就显得尤其重要.本研究基于经典的半胱氨酸响应机理,半胱氨酸的巯基与丙烯酸酯发生迈克尔加成,再进一步发生分子内环化,可特异性识别半胱氨酸.设计合成了一种新型比率型荧光探针,结果发现,该探针能特异性识别半胱氨酸,检出限可达到75nmol·L~(-1),在30min内能完全响应,稳定性好,能稳定存在于细胞内,对细胞毒副作用小.因此,该探针在解决了水溶性差这一问题的基础上,能快速地对细胞内半胱氨酸的浓度进行精确分析,为多种疾病的研究提供了新手段,为化学材料的发展提供了新的思路.     

选择性检测谷胱甘肽的荧光探针

本文设计合成了一种基于BODIPY衍生物选择性检测谷胱甘肽的比率式荧光探针1。荧光探针1中BODIPY的3位连有苯乙炔基团,5位连有咪唑盐离去基团,利用其与谷胱甘肽和半胱氨酸反应机理的不同实现了对谷胱甘肽的选择性检测。紫外可见吸收光谱和荧光光谱实验结果表明探针分子1与谷胱甘肽反应后的光谱发生明显红移,可以实现对谷胱甘肽的比率式检测。探针分子1对谷胱甘肽有极高的选择性,不受其它氨基酸尤其是半胱氨酸的干扰。荧光滴定实验表明探针分子1可实现对谷胱甘肽的定量检测,检测限为3.3×10-8 mol/L。探针分子成功地应用于活体细胞中检测谷胱甘肽。     

金纳米微粒表面能量转移及半胱氨酸的高灵敏度高选择性分析法

根据荧光染料在金纳米粒子表面的能量转移,本文建立了一种具有高灵敏和高选择性半胱氨酸分析方法.研究表明,通过静电作用吸附在柠檬酸根包被的金纳米粒子表面的阳离子荧光染料如罗丹明B分子在受光激发时,发生从荧光染料到金属纳米微粒的能量转移,导致荧光染料的荧光猝灭.但当体系中存在半胱氨酸时,由于半胱氨酸与金纳米粒子之间具有更强的共价作用,罗丹明B分子远离金纳米粒子表面,降低了能量转移效率,使得罗丹明B的荧光得到恢复.恢复的荧光强度与0.025～4.5μmol/L半胱氨酸呈很好的线性关系,检测限为8.0nmol/L(3σ),而其他十九种基本氨基酸的响应非常微弱.