用于监测细胞内HNO和GSH-GSSG的双位点荧光探针

随着生活水平提高和生活方式改变，心血管疾病（CVD）的患病率和死亡率显著增加。据《中国心血管病报告2017（概要）》最新报道推算，全国心血管病现患人数2.9亿，心血管病死亡占居民疾病死亡构成40%以上，远高于肿瘤及其他疾病，居首位。一氧化氮（NO）是一种生物信息递质,作为调节心血管系统、神经系统及免疫系统等多系统功能的细胞信息分子,一直是器官保护领域的研究热点。作为NO的单电子还原形式，硝酰基（HNO）在生命活动中展示出不同于NO的独特生物效应，且具有潜在的生物药理作用。近年来，研究HNO在心力衰竭治疗中发挥的生物学作用成为关注热点。

在生物体内大量谷胱甘肽（GSH）存在下，HNO会与GSH反应，产生GS(O)NH₂中间体，随后立即释放出氧化型谷胱甘肽（GSSG）（如图）。而GSH-GSSG的稳态分布与细胞的氧化应激状态有着密切的联系，因此对HNO影响下GSH-GSSG的稳态监测具有重要的意义。目前，对于HNO或GSH的检测方法大部分是基于高效液相色谱分析法，存在操作复杂，无法实现实时检测等制约因素。而荧光光谱由于其高灵敏度、实时检测、非侵入性及良好的生物相容性而被广泛用于检测各种细胞物种。目前，在构建HNO或GSH的特异性检测的荧光探针领域已经取得巨大进展，但却仍无法做到同时地观察两者的相互影响。

近日，北京理工大学的张小玲（点击查看介绍）团队通过多位点荧光探针的设计，实现了对于HNO与GSH-GSSG的稳态生物学作用的实时动态监测。该团队通过将有机磷基团引入萘甲醛-TCF实现对HNO的灵敏和选择性检测，所得荧光产物能够可逆地监测GSH和GSSG的转化。此外，出色的生物相容性使其能够监测细胞内HNO以及监测活细胞中的GSH-GSSG稳态改变。实验结果表明NCF可成为研究HNO和GSH-GSSG在复杂信号传导和氧化还原中的独特的分析工具。

Scheme 1. NCF Releases Emissive Derivative NCF-OH when Exposed to HNO, and the Emission of the Resulted NCF-OH is Switchable by GSH/GSSG Conversion.

Figure 1. (A) Real-time imaging of HNO and GSH-GSSG balance in living HepG2 cells. Cells were incubated with 50 µM AS (a commonly employed HNO donor) at 37℃ for 30 minand then stained with NCF (5 μM, 5 min). (a) HNO was incubated for 1 min then incubated with NCF (5 μM)(b) 1 min (c) 3 min, (d) 6 min, (e) H₂O₂ (final concentration: 50 μM) was added at 10 min, (f)15min.

这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上，文章的第一作者是北京理工大学硕士研究生聂龙雪。

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Dual-Site Fluorescent Probe to Monitor Intracellular Nitroxyl and GSH-GSSG Oscillations

Longxue Nie, Congcong Gao, Tianjiao Shen, Jing Jing, Shaowen Zhang, Xiaoling Zhang

Anal. Chem., 2019, 91, 4451-4456, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b05098

导师介绍

张小玲

https://www.x-mol.com/university/faculty/8924