次溴酸荧光探针的制备及其生物应用研究

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次溴酸(HOBr)是生物系统中重要的活性氧(ROS),在细胞中由嗜酸性粒细胞过氧化物酶(EPO)催化氧化H2O2与Br-的反应产生。近年来的研究表明,HOBr的形成是机体免疫应答的关键,一定浓度的HOBr能有效抵御病原菌的入侵。一旦超出范围便会引发一系列疾病。HOBr已被确认与多种生理和病理功能相关,但其许多潜在的分子机理仍不清楚。因此,生物系统中HOBr的无创检测方法对生物学研究和临床诊断具有重要意义。然而,血浆中Br-含量(20-100μM)极少,且生物环境的复杂性和样品的低敏感性导致一些传统方法,如光学分析和色谱法,常常受到相关物质的干扰,特别是与HOBr具有非常相似化学和物理性质的次氯酸(HOCI),给建立有效的HOBr检测方法提出了严峻的挑战。基于荧光的检测系统响应快速、操作便捷等优点,已经成为监测生物体中的生物分子的非常重要的工具。此课题利用已建立的偕胺肟探针的方法,开发了两种对次溴酸特异性识别的荧光探针,主要研究内容如下:第一部分选择氰基BODIPY染料为原料,构建了一种特异性快速识别HOBr的近红外荧光探针BDP-probe。研究结果证明,探针BDP-probe能通过偕胺肟基团在Br O-的作用下重新生成BODIPY染料,导致红色发射荧光猝灭,可用于特异性识别HOBr。该探针具有较低的检测限(1.17μM),具有较高的灵敏度和选择性,能够对Br O-进行快速、高效的检测。此外,探针还具有低细胞毒性,良好的脂滴定位能力,能够在红光波长激发下监测外源性和内源性HOBr水平。BDP-probe作为一种研究HOBr检测的有效工具,在进一步探索HOBr在脂滴中的生理和病理作用方面具有潜在的应用价值。第二部分是以罗丹明荧光染料作为探针信号基团,构建了一种基于近红外激发的比率荧光探针Rh-probe,用于生物系统中HOBr的检测。探针利用偕胺肟基团为反应位点,与HOBr反应时,它表现出显著的比率检测信号和95 nm的巨大发射位移,改善了由于样品环境、局部探针浓度和激发波动的影响,探针难以准确量化细胞内HOBr的缺点。该探针不仅具有快速响应、高选择性和高灵敏度(检测限:0.19μM)的优点,而且在线粒体中具有高度靶向性。这些特性使其能够应用于活体细胞中线粒体HOBr的成像,以及λ-卡拉胶诱导的RA小鼠模型中HOBr生成的监测。我们设想该探针的成功开发可以作为一种强有力的工具,对未来RA早期诊断、治疗过程的监测和HOBr介导的炎症性疾病的病因学研究做出贡献。综上所述,本论文利用两个不同的荧光染料作为信号基团,分别构建了带有偕胺肟基团的猝灭型和比率型小分子荧光探针,实现了生物系统中检测HOBr的目标。希望本论文的设计策略为后续开发比率型检测活性氧物质的荧光探针提供了设计思路,也为未来RA早期诊断、治疗反应监测和HOBr介导的炎症性疾病的病因学研究提供实验基础。
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