基于双发射信号荧光探针可视化检测H2S和H2Sn

林玉红，卢春华

（福州大学化学学院，福建福州350116）

活性硫物种（Reactive Sulfur Species，RSS）是生物体内一类含硫生物分子的总称，是生物体内内源性活性物种之一，包括硫化氢（H2S），多硫化物（H2Sn）等多种形式。H2S是继CO和NO之后第三种可在生命体内发挥作用的内源性气体信号分子，该气体分子在心血管系统和神经系统中起着重要的生理和病理调控作用。H2Sn作为H2S的直接氧化形式，可通过一系列细胞内的氧化还原信号来调节细胞，并且有研究表明，越来越多由硫化氢参与的生理过程实际上是由多硫化物介导的[1]。因此，实现对H2S和H2Sn等活性硫物种的高灵敏性检测对于探究疾病产生机理以及生理活动过程有着重要的作用[2]。目前，研究者们已经建立了多种方法用于检测H2S，但对于H2Sn检测方法的开发还很少，而在同时检测H2S和H2Sn方法研究方面则鲜有报道。华盛顿州立大学Ming Xian教授课题组报道了一种具有双发射信号的新型荧光探针，可用于区分和检测溶液以及细胞中的H2S和H2Sn，这项研究成果发表在德国应用化学 《Angewandte Chemie International Edition》杂志上[3]。

该方法将香豆素（Coumarin）和荧光母素衍生物 （Rhodol） 这两种荧光基团通过哌嗪（Piperazine）作为linker连接形成一个双发射信号检测的荧光探针DDP-1，并通过在香豆素和荧光母素衍生物上分别修饰叠氮官能团 （azide）和2-苯甲酰巯基苯甲酸苯酯（phenyl2-(benzoylthio)benzoate）淬灭各自的荧光。在该荧光探针中，2-苯甲酰巯基苯甲酸苯酯和叠氮基团分别显示出与H2Sn和H2S良好的反应特性，故可将其作为特异性反应位点，用于H2Sn和H2S的传感检测。当溶液中存在H2Sn时，2-苯甲酰巯基苯甲酸苯酯能够与H2Sn发生反应从而释放出荧光母素衍生物的绿色荧光（λem≈542 nm）；而当溶液中存在H2S时，它能使叠氮基团发生还原反应释放出香豆素的蓝色荧光（λem≈445 nm）。需要注意的是，由于H2S和叠氮基团反应会产生H2Sn，同时在荧光共振能量转移（FRET）的作用下，该探针还会显示出一定强度的荧光母素衍生物的绿色荧光。因此H2S能够通过同时产生的两种不同发射荧光信号被检测到，而H2Sn的检测只有在542 nm处具有荧光信号。

这种新型荧光探针能够有效区分H2S和H2Sn，实现这两种活性硫物种的肉眼可视化检测，并且在其他活性硫物种的存在下，表现出对H2S和H2Sn良好的特异性和灵敏性。在溶液中，H2S的检测限为100 nmol/L(425 nm)和150 nmol/L(542 nm)，而H2Sn的检测限可达到24 nmol/L。研究还表明，这种探针还可以应用于生物环境，用于检测细胞中的H2S和H2Sn。该新型荧光探针的应用对活性硫物种的检测灵敏度有了很大的提高，在复杂的生物系统中拥有较强的应用潜力，同时也为生物体内的多硫化物等活性硫物种的检测和荧光成像提供了一种新的思路。

[1]Mishanina TV,Libiad M,Banerjee R.Biogenesis of reactive sulfur species for signaling by hydrogen sulfide oxidation pathways[J].Nature chemical biology,2015,11(7):457-464.

[2]Paulsen CE,Carroll K S.Cysteine-mediated redox signaling:chemistry,biology,and tools for discovery[J].Chemical reviews,2013,113(7):4633-4679.

[3]ChenW,Pacheco A,Takano Y,etal.A single fluorescent probe to visualize hydrogen sulfide and hydrogen polysulfides with different fluorescence signals[J].Angewandte Chemie International Edition,2016,55(34):9993-9996.