含巰基的生物小分子，如半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）、谷胱甘肽（GSH），在維持生物體系氧化還原平衡方面發(fā)揮著重要作用。作為細胞內(nèi)含量最多的含巰基生物小分子，GSH是體內(nèi)重要的抗氧化劑，可以防衛(wèi)機體免受自由基傷害，起到抗腫瘤、抗衰老等作用。然而，由于含巰基的生物小分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)活性的相似性，一般檢測GSH的熒光探針往往對Cys和Hcy也會產(chǎn)生相同或相似的響應(yīng)。因此，發(fā)展高選擇性檢測GSH的熒光傳感器仍然存在巨大挑戰(zhàn)。
近期，中科院理化技術(shù)研究所超分子光化學(xué)研究組首次發(fā)展了一類在活體細胞中選擇性檢測GSH的反應(yīng)型熒光傳感器，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》(Journal of the American Chemical Society)上。
在題為BODIPY-Based Ratiometric Fluorescent Sensor for Highly Selective Detection of Glutathione over Cysteine and Homocysteine的文章中，研究組報道了一類基于單氯代BODIPY類衍生物的比率式熒光化學(xué)傳感器。不同于傳統(tǒng)的檢測機理，研究組利用了全新的“兩步反應(yīng)”將GSH與Cys和Hcy區(qū)分開來。
首先，由于巰基的親核性，含巰基的氨基酸能迅速取代BODIPY的氯，生成巰基取代的BODIPY，使傳感器分子的熒光紅移30nm左右。其次，Cys和Hcy的氨基可進一步取代巰基生成氨基取代的BODIPY，相比于巰基取代的BODIPY其發(fā)光減弱并藍移，而GSH則不能發(fā)生氨基取代。利用巰基取代和氨基取代BODIPY在光物理性質(zhì)上的顯著差異，研究組成功地在活體細胞中實現(xiàn)了對GSH的選擇性檢測。這種新穎的反應(yīng)機理為探索巰基乃至類似官能團的化合物的選擇性檢測提供了新方法和新思路。
相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金、科技部“973”國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃以及中科院“百人計劃”的資助。