基于咔咯的近红外荧光探针DP-Cor-BAPE的设计及其在过氧亚硝酸盐检测与铁死亡成像中的应用

研究人员针对过氧亚硝酸盐(ONOO-)在生物体内检测的灵敏度和特异性难题，设计了一种新型咔咯基近红外荧光探针DP-Cor-BAPE。该探针通过苯硼酸酯基团断裂实现"关-开"式响应，具有225 nm大斯托克斯位移和1分钟内快速反应特性，成功应用于活细胞、斑马鱼及铁死亡过程中ONOO-水平上调的成像，为研究ONOO-的病理生理功能提供了重要工具。

　　

在生命科学领域，过氧亚硝酸盐(ONOO^-)作为活性氧氮物种(RONS)的重要成员，其检测一直面临重大挑战。这种由一氧化氮(NO)与超氧自由基(O₂^•-)快速反应生成的强氧化剂，虽然在生理条件下浓度仅为纳摩尔级别，却在信号传导、免疫防御等过程中扮演关键角色。然而，异常的ONOO^-水平会导致蛋白质硝化、脂质过氧化等损伤，与炎症、肝损伤乃至癌症等多种疾病密切相关。特别是在铁死亡(ferroptosis)过程中，ONOO^-的时空动态变化更被视为关键调控因素。但受限于现有检测技术的局限，科学家们始终难以在活体系统中实现ONOO^-的高灵敏度、高特异性可视化监测。

针对这一科学难题，国内某研究机构的研究人员创新性地将目光投向了咔咯(corrole)这一特殊卟啉类似物。咔咯因其优异的光物理特性——包括高荧光量子产率、近红外发射和大斯托克斯位移等，成为构建理想荧光探针的绝佳骨架。研究人员设计合成了一种名为DP-Cor-BAPE的新型探针，通过巧妙地将苯硼酸酯(BAPE)作为识别基团与咔咯荧光团偶联，实现了对ONOO^-的特异性响应。这项突破性研究成果发表在《Dyes and Pigments》期刊上，为活体水平研究ONOO^-的生物学功能提供了有力工具。

研究团队主要运用了有机合成化学、高效液相色谱(HPLC)分析、核磁共振(¹H NMR)表征和高分辨质谱(HRMS)验证等关键技术方法。通过系统的光谱测试和细胞实验，证实了探针的优异性能。

设计原理与合成

DP-Cor-BAPE以羟基功能化的咔咯(DP-Cor-OH)为荧光核心，通过醚键连接4-溴甲基苯硼酸频哪醇酯构建而成。理论计算(DFT)表明，这种设计使探针本身荧光猝灭，而ONOO^-触发BAPE基团断裂后，释放出的DP-Cor-OH可产生强烈的近红外荧光(发射波长698 nm)。

光谱特性

该探针展现出225 nm的超大斯托克斯位移，远超常规荧光探针(通常<100 nm)，有效避免了激发光与发射光的相互干扰。在加入ONOO^-后60秒内即可观察到明显的红色荧光增强和溶液颜色变化，检测限低至82 nM。

选择性验证

通过对比实验证实，DP-Cor-BAPE对ONOO^-的响应显著优于其他活性氧(H₂O₂、¹O₂等)和活性氮(NO、NO₂^-等)，且不受常见生物硫醇(GSH、Cys等)干扰。

生物应用

在细胞实验中，探针成功监测到巨噬细胞在炎症刺激下内源性ONOO^-的产生。更引人注目的是，在诱导肿瘤细胞发生铁死亡的过程中，探针清晰捕捉到ONOO^-水平的动态上调，这为研究铁死亡的分子机制提供了直接证据。斑马鱼成像实验进一步证实了探针在活体水平的适用性。

这项研究首次实现了基于咔咯骨架的ONOO^-近红外荧光成像，其创新性主要体现在三个方面：一是通过分子设计获得225 nm的超大斯托克斯位移，解决了传统探针激发/发射光谱重叠的问题；二是将检测波长延伸至近红外区域(698 nm)，显著提高了生物组织的穿透深度；三是首次在铁死亡研究中实现了ONOO^-的动态可视化监测。这些突破不仅为研究ONOO^-相关的病理生理过程提供了新工具，也为开发其他疾病相关活性小分子探针提供了重要参考。正如作者Jiale Gong、Xiaohan Qiu和Guifen Lu等在文中所强调的，DP-Cor-BAPE的成功研制开辟了咔咯类荧光探针在活性分子检测领域的新应用方向。