谷胱甘肽二级比率荧光检测探针

细胞的氧化还原态在生命活动中发挥着重要的作用，调节多种细胞功能；谷胱甘肽（GSH）是一种含有γ-酰胺键和巯基的三肽，由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成，存在于身体内的几乎每一个细胞，帮助维持正常的免疫系统功能，并具有抗氧化作用和整合解毒作用。对体内或者细胞内GSH的检测无论是在预防疾病还是临床医学上均具有重要的意义。

兰州大学化学化工学院的覃文武（点击查看介绍）教授课题组和兰州兽医研究所的郭慧琛（点击查看介绍）团队对生物活性硫检测进行了系统性的工作（Biosens. Bioelectron., 2016, 77, 299; Biosens. Bioelectron., 2016, 85, 178; Anal. Chem., 2017, 89, 1801），最近，他们又报道了两种谷胱甘肽二级比率荧光检测探针（Sens. Actuators B-Chem., 2018, 258, 72; Anal. Chem., 2017, 89, 1801），这两种探针均是基于表面活性剂CTAB对GSH亲核取代反应的催化作用。在代表性的文章（Anal. Chem., 2017, 89, 1801）中，如Figure 1所示，在CTAB的催化作用下，GSH能与间硝基苯酚单双取代的BODIPY发生双取代反应。由于硫醚取代基具有促使BODIPY类荧光染料光谱红移的特性，GSH的单双取代产物表现出明显不同波长的荧光发射，从而实现对不同GSH浓度响应的二级比率荧光检测。探针1可应用于GSH二级比率荧光检测探针，探针2只表现出普通的一级比率荧光检测效果。探针1首次实现了对待测物二级比率荧光的检测，为检测细胞内GSH的浓度提供了新方法，具有重要的应用价值和设计意义。

Figure 1. Design of GSH Probes 1 and 2

Figure 2展示了探针1与GSH的荧光滴定实验，在第一阶段（GSH浓度：0−15 μM），荧光的颜色从绿光（λ_em = 530 nm）变为发黄光的GSH单取代产物（λ_em = 561 nm），添加过量的GSH（GSH浓度：15−100 μM）引起第二阶段比率荧光颜色发生变化，得到从黄光到发橙红光的GSH双取代产物（λ_em = 596 nm）。动力学研究表明，未添加CTAB时，GSH与间硝基苯酚单双取代的BODIPY反应非常缓慢；在3 mM的CTAB缓冲溶液中，该反应速率很快，150 s后体系荧光信号趋于稳定。除此之外，细胞中其他硫醇类化合物，如半胱氨酸（Cys）和高半胱氨酸（Hcy）对检测GSH的干扰很小，探针1对GSH的检测表现出很好的选择性。

Figure 2. (a, b) Fluorescence changes of 1 (10 μM) with GSH (λ_ex = 515 nm) and excess GSH (λ_ex = 543 nm). Inset: a, b. fluorescence change under a 365 nm UV lamp of 1 with GSH. All spectra were obtained after 5 min of incubation of 1 with GSH.

细胞成像实验结果表明，探针1对外源和内源GSH均表现出较好的细胞成像效果。加入NEM（GSH消除剂）后，探针1染色的BHK细胞呈现出强烈的绿色荧光信号（Figure 3a）；未加入NEM的细胞中时，内源GSH与探针反应，体系出现红色荧光。在探针1染色的细胞中加入外源GSH后，体系绿色荧光信号消失，红色荧光信号明显增强。在Figure 3b中，探针2只表现出普通的一级比率荧光成像效果，由此说明探针1和2均可用于细胞内源GSH的检测。

Figure 3. Confocal laser scanning microscopic images of (a) 1 and (b) 2: the first row of panels a and b are fluorescence images of BHK cells incubated with 1 and 2 (15 μM) and NEM (500 μM), respectively; the second row are fluorescence pictures of BHK cells treated with 1 and 2, respectively; the third row are fluorescence pictures of BHK cells of 1 and 2 pretreated with 100 μM GSH, respectively. The addition concentration of CTAB in all cell samples are 0.5 mM. Green channel is at 520−560 nm; red channel is at 580−620 nm. Scale bar = 10 μm.

相关研究成果近期发表在Analytical Chemistry 上。该工作得到国家自然科学基金项目的资助（no. 21771092），文章的第一作者是兰州大学的博士研究生龚德雁，第一通讯作者为覃文武教授，第二通讯作者为郭慧琛研究员。

该论文作者为：Deyan Gong, Shi-Chong Han, Anam Iqbal, Jing Qian, Ting Cao, Wei Liu, Weisheng Liu, Wenwu Qin, Huichen Guo

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Fast and Selective Two-Stage Ratiometric Fluorescent Probes for Imaging of Glutathione in Living Cells

Anal. Chem., 2017, 89, 13112, DOI: 10.1021/acs.analchem.7b02311

导师介绍

覃文武

http://www.x-mol.com/university/faculty/11224

郭慧琛

http://www.x-mol.com/university/faculty/49518