受精及胚胎发育是生命活动的起始，在此过程中，由受精卵分化出胚胎干细胞，并逐渐发育成高度有序的组织结构进而形成器官。H2Sn作为活性硫分子（RSS）大家族中的一员，具有抗氧化、细胞保护及氧化还原信号传导等功能。受精卵及胚胎发育过程中，H2Sn浓度的高低及波动情况，将直接影响的组织结构和器官的形成。但胚胎发育过程中，氧化磷酸化的能量转化过程，产生大量的活性氧分子（ROS），导致H2Sn含量比活细胞中的含量相对较低且波动较大。因此，目前尚未见到有关胚胎发育阶段内源性H2Sn的浓度变化的报道。
近日，湖南师范大学杨荣华教授与长沙理工大学周怡波博士合作，以H2Sn响应型聚合物胶束为载体，负载大量胞浆蛋白结合增强型染料构建纳米信标。纳米信标进入胚胎细胞内后，被内源性H2Sn激活，释放并点亮染料荧光，且染料分子可与胞浆蛋白结合，大幅度增强荧光信号。因此，该聚合物纳米信标对H2Sn展现出极高的响应灵敏度，可实现对胚胎发育过程中内源性H2Sn的荧光成像。
图1. 荧光纳米信标合成机理及胚胎发育阶段H2Sn浓度波动示意图
作者以斑马鱼胚胎发育为范例，实时监测其受精卵及胚胎发育过程中H2Sn浓度的变化情况。研究发现受精卵内H2Sn浓度较低，随着发育的进行（2.5 hpf），胚胎中荧光强度逐渐增强，表明H2Sn浓度升高。但原肠胚期（6 h）后，荧光强度开始降低，其中体节期荧光强度降低至50%，并逐渐达到平稳，H2Sn在胚胎发育初期达到峰值，而后随着发育过程逐渐降低。与已有报道斑马鱼原肠胚期H2O2浓度最大而成熟体组织中浓度较低的结论相对比，证明了H2Sn在抗氧化、保护正常生理发育等过程中发挥重要作用。
图2. 斑马鱼胚胎发育阶段H2Sn荧光成像图（A）及荧光强度对比图（B）
该工作以胚胎发育阶段活性小分子为研究目标，首次揭示了内源性H2Sn在胚胎发育阶段的浓度变化情况，为多重生理发育过程中H2Sn的研究开辟了新的路径，并为荧光探针的生化分析应用提供了新的发展方向。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是长沙理工大学周怡波博士。
A Polymeric Nanobeacon for Monitoring the Fluctuation of Hydrogen Polysulfides during Fertilization and Embryonic Development
Yibo Zhou, Zhengxuan Gu, Changhui Liu, Sheng Yang, Xiaofei Ma, Qiaoshu Chen, Yanli Lei, Ke Quan, Juewen Liu, Zhihe Qing, Ronghua Yang
Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202114504
杨荣华，教授、博士生导师，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，国家自然科学基金委杰出青年基金获得者。
2000年湖南大学获理学博士学位，2001年至2003年北京大学博士后，2003年至2008年北京大学副教授、博士生导师，2008年至2020年先后受聘湖南大学和长沙理工大学教授、博士生导师。现为湖南师范大学“潇湘学者”特聘教授、博士生导师，化学化工学院院长、化学生物学及中药分析教育部重点实验室主任。
近年来致力于分析化学、生物分析化学、化学生物学等领域的教学和科研工作。以通讯作者在J. Am. Chem. Soc、Angew. Chem. Int. Ed.、Anal. Chem.、CCS Chem.等期刊发表研究论文160余篇，应邀在Acc. Chem. Res.、Chem. Soc. Rev.、Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表综述文章7篇；研究成果以第一完成人获湖南省自然科学一等奖、教育部自然科学奖一等奖、中国分析测试协会科学技术一等奖，以第二和第四完成人两次获国家自然科学奖二等奖等奖励。
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A：目前活细胞中小分子研究报道较多，但胚胎发育阶段相关研究极少被提及。作为生命起始，胚胎发育过程经历从受精卵到胚胎干细胞，再到有序组织，进一步到器官及生物体，其中多个中间过程与肿瘤发展历程类似。如胚胎干细胞可自我修复、分化、抗凋亡等，与肿瘤细胞特征相似。因此，以胚胎发育阶段相关活性分子作为研究对象，揭示其在胚胎发育阶段生理变化情况，更有助于人们对疾病等相关生理活动有新的认知。
A：斑马鱼从受精后快速进入胚胎发育阶段，经历合子、卵裂、囊胚、原肠、分节、咽囊，以及孵化期等七个时期，在48 h内完成孵化并进入早幼期。相较于哺乳类动物，其胚胎发育较快，更有利于进行光学分析。同时，斑马鱼基因与人类相似度达87%，其体内神经系统、心血管系统、内脏器官等与人类有许多共同点，是良好的胚胎研究模型。
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