作为细胞内氧气的主要消费者，线粒体是细胞内诸如超氧阴离子（O2•-）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（•OH）、单线态氧（1O2）、次氯酸（HClO）和次溴酸（HBrO）等活性氧类物质（reactive oxygen species，ROS）的主要产生场所。适量产生的ROS对于维持细胞内稳态非常重要，并在许多生理过程中起着至关重要的作用，如病原体的防御、信号转导和细胞分化。但是，ROS的过度产生会导致氧化应激的发生，引起器官系统功能衰退甚至是一系列疾病，如癌症、阿尔茨海默症、帕金森症和亨廷顿病。因此，设计开发有效的并能够用于生物体系中ROS检测的方法在生命科学及医学研究中具有非常重要的意义。
HBrO是一种重要的ROS，具有和HClO非常相似的化学、物理性质。细胞内HBrO是在血红素过氧化物酶（如嗜酸粒细胞过氧化物酶和髓过氧化物酶）催化下溴离子（Br-）与H2O2的过氧化反应产生的。由于Br-在细胞内的含量较低，至少比Cl-低1000倍，使得HBrO分析方法的建立面临着极大的挑战。
图1. 探针与HBrO的反应机理图。
近日，华东师范大学的田阳教授课题组成功设计合成了一种比率型荧光探针并用于线粒体内HBrO的高灵敏度、高选择性检测（图1）。合成的HBrO探针含有两个功能模块：模块一是三苯基磷阳离子功能基团，使得探针具有线粒体靶向定位能力；模块二是基于氨基和甲硫基的选择性识别元件。探针自身具有蓝色荧光信号，在与HBrO反应后，氨基和甲硫基会快速发生成环反应，生成具有更大π-π共轭体系且具有绿色荧光的产物。基于蓝色荧光和绿色荧光信号的变化，构建了一种比率型检测HBrO的传感平台，线性范围为15-135 nM，检测限达到1.8±0.2 nM。比率型荧光探针通过自身具有的两个发射带能够进行自校准，进而提高了测定的准确度。该探针可用于线粒体内外源性及内源性HBrO的实时成像和传感。研究发现，O2•-诱导的氧化应激能够引发线粒体内HBrO的爆发（图2）。该研究为线粒体内HBrO的成像和传感提供了强有力的工具。这项工作还可以扩展到设计和合成其他亚细胞器靶向的荧光探针，用于其他ROS的分析和检测。
图2. 探针标记的巨噬细胞在不同条件下的激光共聚焦图像（其中DIDS为细胞膜上阴离子通道阻断剂）。
这一成果近期发表在Chemical Communications 上，文章的第一作者是华东师范大学的博士研究生黄宏，通讯作者为华东师范大学田阳教授。
该论文作者为：Hong Huang, Yang Tian
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
A ratiometric fluorescent probe for bioimaging and biosensing of HBrO in mitochondria upon oxidative stress
Chem. Commun., 2018, 54, 12198-12201, DOI: 10.1039/C8CC07125J
导师介绍
田阳
https://www.x-mol.com/university/faculty/49547
课题组主页
http://yangtian.chem.ecnu.edu.cn/index.aspx
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