基于双亲电位点设计的近红外荧光探针THMT实现过氧化氢与过氧亚硝酸盐的特异性区分与活体成像

本文设计了一种新型硼酸酯基近红外荧光探针THMT，通过构建具有双亲电位点（硼酸酯位点与碳碳双键位点）的分子结构，实现了对H2O2和ONOO?的高选择性区分。该探针在675 nm处产生荧光开启响应，具备双光子激发、深层组织穿透（130 μm）等优势，成功应用于帕金森病细胞模型和中风小鼠模型中H2O2的动态可视化监测。

　　

亮点

本研究创新性地设计了具有双亲电位点的硼酸酯基荧光探针THMT，通过分子结构的精准调控实现了对H₂O₂和ONOO?的精准区分。该探针在生物成像中展现出近红外发射、快速响应、高灵敏度等突出性能。

光学响应与机理探究

我们首先研究了THMT对H₂O₂/ONOO?的光学响应特性。如图1A所示，当向THMT溶液中加入100 μM H₂O₂后，原314、332和434 nm处的吸收峰逐渐降低，同时在650 nm处出现新的吸收带，并伴随366和520 nm两个等吸收点。这种光谱变化表明H₂O₂特异性作用于硼酸酯位点（位点1），通过亲核攻击触发Bayer-Villiger类重排反应，最终释放出游离荧光团THMT-OH。

相反，当加入ONOO?时，THMT溶液在434 nm处的吸收峰迅速下降，但未观察到650 nm处的特征吸收（图1B）。这表明ONOO?优先攻击碳碳双键位点（位点2），引发氧化裂解反应生成醛类产物HMBT-CHO，而非荧光团释放。这种差异化的反应路径为两种活性氧物种的特异性区分提供了理论基础。

细胞帕金森病模型中H₂O₂升高可视化

帕金森病作为一种神经退行性疾病，与氧化应激和线粒体功能障碍密切相关。我们采用MPP?诱导的SH-SY5Y细胞构建帕金森病模型，通过THMT成功观测到细胞内H₂O₂水平的显著升高。荧光成像显示模型组细胞在红色通道（650-700 nm）出现强烈荧光信号，而预处理抗氧化剂NAC后荧光显著减弱，证实了探针对H₂O₂检测的特异性。

小鼠缺血性中风模型活体成像

进一步地，我们将THMT应用于小鼠大脑中动脉阻塞（MCAO）模型。活体荧光成像显示，缺血侧大脑半球在注射探针后出现明显的近红外荧光增强，而假手术组仅呈现微弱背景信号。组织切片分析证实THMT可穿透血脑屏障，实现对脑内H₂O₂水平变化的精准监测，为缺血性中风氧化应激研究提供了有力工具。

结论

本研究开发的THMT探针通过巧妙的双亲电位点设计，实现了对H₂O₂和ONOO?的高效区分。其近红外发射、双光子激发、快速响应等特性使其成功应用于细胞与动物水平的活性氧成像，为氧化应激相关疾病机制研究提供了新型分子工具。