小分子生物硫醇荧光探针研究进展

王永鹏 王建霞 谢芳 高杰

【摘要】生物细胞内的小分子硫醇聚合物主要有谷胱甘肽（Cys）、半胱氨酸（Hcy）以及高半胱氨酸（GSH），在正常的生理功能活动中发挥着氧化还原平衡调节作用，在维持生物正常生命体征、生理代谢、以及疫病预防等方面有着极大的价值，一旦生物细胞内的小分子硫醇含量异常，会导致患者在心脑血管疾病、肿瘤疾病等方面的发病率增加。基于此类原因，针对于生物细胞进行小分子硫醇聚合物含量进行分析与检测，从而对多种疾病起到有效的预防、检测作用，并对相关疾病的发病与治疗、医学研究等均有着极为重要的意义。近年来，基于医疗行业技术的发展，小分子生物硫醇荧光探针检测技术也得到了的较为良好的发展时机。

【关键词】小分子生物硫醇荧光探针研究进展

传统的生物硫醇检测采用的多为电化学检测方式，需要借助较多的检验化学样品，同时在检验结果方面只能检测出来生物硫醇的总含量，对临床病症的检验、治疗、研究等的应用价值有限。在医疗技术的发展推动下，荧光分析检验方式在检测应用中逐渐开始应用同时检测受限逐渐降低，故在荧光分析法的检验基础上，结合了生物硫醇检验探针，使其能够与生物细胞体内的生物硫醇指标进行反应，从而得出相关检测指标的检测结果。本文通过综述近年来的生物检测硫醇荧光探针的设计与应用，探究小分子生物硫醇荧光探针的研究进展。

一、小分子生物硫醇荧光探针的研究

荧光探针与硫醇聚合物发生化学反应的现象是小分子生物硫醇荧光探针的研究根本，此项技术的相关研究源于18世纪末期中将巯基与马来酰亚胺共同反应设计化学剂量计，从而用于硫醇的检验，并在此项技术的基础上又增加使用了丹磺酰氨，通过将丹磺酰氨与硫醇进行反应，得到的能够对HEK内部硫醇进行检测的技术，大大增强了荧光探针的应用价值。同时在生物硫醇荧光探针检测方面的研究上，为了增强其选择性，通过利用香豆素使得季胺盐产生电子效应，在空间效应的影响下，从而对Cys有着更明显的反应，荧光信号较为明显，临床应用价值显著。也有学者利用硝基烯增强其化学反应，从而使得生物细胞内的硫醇更易被检验。在学者的研究中，存在着多种多样荧光探针检测生物硫醇的技术与方法，一步一步的推进着生物硫醇荧光探针检测技术的发展与进步。

（一）取代反应与荧光探针的研究

取代反应是基于巯基亲核性提出的荧光探针研究，在传统的硫醇检测中，Gys、Hcy等检测结果存在模糊性，在荧光探针的检测与研究方面有着较大的困难性。在医疗技术发展过程中，有學者提出通过使用HEPES缓冲溶液帮助荧光探针对Gys进行精准识别。或者将荧光基团选择为BODIPY，这样的研究理念是以巯基亲核特性为依据，在取代反应下将使得谷胱甘肽比例进一步显示，从而将Gys、Hcy区分开来。

（二）酯与硫醇法与荧光探针的研究

在针对荧探针的研究中，也有学者提出将荧光探针以双光子的形式实施，从而用于识别荧光基团中硫代碳酸酯，在荧光基团中以苯并芘南为主，使得硫醇聚合物与硫酸盐溶液进行反应，研究结果证实，荧光效果显著提升，且在双光子成像检验方面，对大鼠肝脏、肾脏等脏器实施深度检验，检验效果显著。

（三）硒氮键与巯基反应与荧光探针的研究

该研究理念主要基于荧光基团中的电子转移现象，利用PBS溶液完成探针的同届，判断荧光效果，同时在融入谷胱甘肽以后发现荧光效果达到峰值，故在显微镜成像方面有着较好的判断。

二、小分子生物硫醇荧光探针的分类

由于生物细胞内的主要硫醇类聚合物为Gys、Hcy、GSH，故小分子生物硫醇荧光探针在检测方面的分类主要依据分子中不同的巯基与氨基的协同反应特性完成设计与使用。主要的协同特性反应有丙烯酸酯加成环化反应、芳环取代重排反应、醛基环化反应、化学连接反应等，依据不同的特性反应，完成不同小分子生物硫醇探针的分类。

（一）丙烯酸酯加成环化反应

在Gys、Hcy中均有着与丙烯酸酯经过丙烯酸酯加成环化反应产生S、N患的协同特异性反应，由于7元环化的速率相较于8元环化速率较快，故在生物硫醇聚合物方面Gys的反应速率是要远远大于Hcy的反应速率的，依据这一特性，完成了Gys小分子生物硫醇荧光探针的检测。

（二）芳环取代重排反应

GSH选择性探针是基于芳环取代重排反应完成设计与应用的小分子生物硫醇荧光探针，其核心原理在于通过硫醇巯基与取代芳环发生亲核取代反应，使得Gys、Hcy的取代产物通过5、6元环重排得到氨基取代产物。但是由于GSH的取代产物不发生重排现象，故使得GSH小分子生物硫醇荧光探针加密测方式得以实现。以芳环的亲核取代反应为基础，不同的亲核反应位点出现不同的取代反应产物均有着明显的荧光探针检测区别。

（三）醛基环化反应

醛基环化反应则是利用醛基、Hc环化形成的四氢噻唑的硫醇结构差异性完成小分子生物硫醇荧光探针的设计与发展，Cys和Hcy可以与醛基发生加成环化反应，形成四氢噻唑/硫代吗啉环，但是与GSH却只发生加成反应，无环化反应，故在Cys、Hcy、GSH小分子生物硫醇荧光探针设计理念方面以此为依据。

（四）化学连接反应

该反应是蛋白质合成常用技术，由分子肽与N-末端GSH残基上的巯基与另一肽链C-末端的硫酯发生取代反应，取代反应中硫酯中间体发生不可逆的分子内S、N-酰基转移，形成肽键。以化学连接反应为基础的小分子生物硫醇荧光探针在应用中易于Cys、Hcy发生取代反应，检测效果好。

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