次氯酸及其盐(HOCl/ClO?)是通过过氧化氢与氯离子在中性粒细胞的髓过氧化物酶(MPO)催化下反应生成的。由于它们在免疫防御和氧化损伤中的双重作用,HOCl/ClO?受到了广泛关注[[1], [2], [3], [4]]。在生理水平上,ClO?在病原体清除和先天免疫中起着至关重要的作用。然而,ClO?的过度积累会导致严重的氧化应激,进而引起蛋白质氧化、脂质过氧化、DNA损伤甚至细胞凋亡[[5], [6], [7]]。ClO?水平的失调与多种疾病的发展和进展有关,包括类风湿性关节炎、动脉粥样硬化、心血管功能障碍、神经退行性疾病和某些癌症[[8], [9], [10]]。因此,开发可靠的分析工具以实时监测复杂生物环境中的ClO?对于基础生物医学研究和临床诊断具有重要意义。
荧光探针由于其高敏感性、实时能力和非侵入性特性,已成为检测和生物成像HOCl/ClO?的强大工具[[11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]]。然而,HOCl/ClO?的检测受到活性硫物种(RSS)和活性氧物种(ROS)的干扰。具体来说,RSS的还原性质会导致HOCl/ClO?的消耗,而ROS的氧化性质可能会产生假阳性信号,这两者都会影响HOCl/ClO?荧光探针的准确性和可靠性[[19], [20], [21]]。为了解决这些问题,越来越多地采用了比率荧光探针。这些探针利用双波长发射的强度比进行内部校准,有效校正了外部因素,显著提高了检测准确性[[22], [23], [24], [25]]。这种设计不仅克服了单通道荧光的局限性,还实现了更稳定的定量分析,为在复杂生物环境中监测ClO?提供了可靠工具。
选择合适的荧光团平台对于构建高性能的比率探针至关重要。吩噻嗪是一种含有氮和硫原子的三环杂芳香骨架,因其优异的电子供体能力、可调的氧化还原性质和卓越的光稳定性而脱颖而出[[26], [27], [28], [29], [30], [31]]。值得注意的是,吩噻嗪中的硫原子易于氧化,这使得可以构建具有增强选择性的多位点反应性探针[32,33]。此外,吩噻嗪的共轭结构允许精细调节分子内电荷转移(ICT)性质,从而精确控制光物理行为[[34], [35], [36]]。这些特性使吩噻嗪成为设计针对高活性物种(如ClO?)的比率荧光探针的理想平台。
利用这些优势,我们基于吩噻嗪骨架设计并合成了一种新型的双位点比率荧光探针(BDPT),专门用于选择性检测和活细胞成像ClO?。该探针包含两个潜在的识别位点:吩噻嗪核心中的硫醚结构和4-(二甲基氨基)苯乙烯酮结构中的乙烯基基团。这些位点对ClO?和ROS表现出不同的反应性,从而实现了多步骤识别机制,提高了选择性。如图1所示,BDPT通过两步过程发挥作用。第一步是ClO?介导的乙烯基键断裂,生成醛并破坏供体–π–受体(D–π–A)系统。第二步是硫醚中的硫原子依次氧化,逐渐将其从亚砜转化为砜。值得注意的是,只有当ClO?浓度相对较高时,反应才会达到砜阶段;在本研究的条件下,主要产物是亚砜中间体。这种双位点氧化级联不仅防止了ROS干扰引起的假阳性信号,还协同放大了荧光响应,实现了在复杂生物环境中对ClO?的高选择性和可靠检测。