活性羰基化合物(Reactive Carbonyl Species,RCS)是由一类具有一个或多个羰基的小分子组成的家族,从细菌到人类体内均有分布,RCS主要由碳水化合物、脂质、蛋白质及氨基酸不断代谢产生的。4-羟基-2(E)-烯壬醛(4-HNE)、丙二醛(MDA)、甲基乙二醛(MGO)、甲醛(FA)、丙烯醛等是具有代表性的活性羰基化合物。迄今为止,已有大量的证据表明这些小分子在重要的生理或病理过程中起着关键的作用。其中,MGO作为晚期糖基化终末产物(AGEs)的重要前体受到越来越多的关注。MGO主要是由生物体内糖代谢,脂质体过氧化以及蛋白质,氨基酸的代谢生成,能够与生物体内大分子上的氨基或羟基发生亲和反应形成AGEs。由MGO参与形成的AGEs会对生物系统产生一定的危害,比如氧化应激、炎症、蛋白质功能障碍、内皮细胞功能障碍等。已有报道表明几种严重的疾病如肥胖、心血管疾病、肾功能障碍、糖尿病等都与 MGO水平:升有关。MGO水平升高可能是糖尿病及其并发症发生的关键病理学因素,因此,MGO可能成为继血糖以及糖化血红蛋白(HbA1c)之外的糖尿病及其并发症的生物标记分子。检测MGO的传统方法主要是基于电化学或吸光度的检测,依赖于HPLC、GC-MS等测试手段。但这些方法存在复杂的样品前处理过程,对细胞和组织伤害较大,关于生物体内MGO含量,不同文献报道MGO的浓度数值差了 3个数量级。因此,为了更好地理解MGO在细胞过程和相关疾病的病理学中的作用,需要准确和可靠地测量生物样品中的MGO浓度。由于荧光探针具有高选择性、特异性以及良好的生物相容性,越来越多的被用于生物系统中小分子的实时检测。目前已存在的用于MGO成像的探针,所用的识别基团是均邻苯二胺(OPD),但OPD会与生物系统重要的小分子一氧化氮(NO)以及甲醛(FA)反应,在特异性方面存在不足,这种探针也不能用于内源性MGO的检测。另一方面,常见的turn-on型荧光探针,检测MGO时依赖于单一发射峰的变化,会受仪器效率、光散射以及微环境的影响。相比之下,比率型荧光探针具有两个发射峰,在一定程度上可以避免上述干扰,从而更好的对生物样品中的MGO进行追踪和定量。基于MGO重要的生物学意义,发展一种理想的比率型荧光探针检测内源性的MGO时十分有必要的。本文我们通过模型反应发现了一种能够特异性与MGO反应的识别基团(氨基乙酰氨),设计合成了第一个基于抑制激发态分子内质子转移(ESIPT效应)为发光机理的比率型荧光探针WHL45。为了验证其发光机理,合成了以香豆素为荧光团的探针WHL77。结果表明WHL45在缓冲溶液以及活细胞内均能特异性的与MGO反应,尤其不受NO与FA的干扰。此外,WHL45可用于内源性MGO的检测,我们利用此探针验证了脂质体过氧化、糖代谢、蛋白质代谢等几条内源性MGO的产生途径。最后,我们将WHL45应用于临床糖尿病及其并发症患者的血细胞荧光成像,结果表明:与正常人相比,糖尿病及其并发症患者体内具有更高水平的MGO,其中MGO的水平与糖尿病并发症的严重程度可能存在正相关的关系。综合来看,WHL45不仅可以用于基础研究中MGO的检测,也有应用于临床疾病的早期诊断的潜力。