有机荧光探针检测超氧阴离子的研究进展：从机制到生物应用的突破

超氧阴离子（O2•-）在维持氧化还原稳态中至关重要，其水平异常与多种疾病相关。研究人员总结了基于不同反应位点检测 O2•-的有机荧光探针及其生物应用。结果为相关研究提供思路，有助于深入理解疾病机制。

　　在人体这个奇妙的 “小宇宙” 里，氧化还原反应就像一场永不停歇的 “化学反应交响乐”，贯穿于几乎每一个生命过程。而在这场 “交响乐” 中，氧化还原稳态则是维持生命和谐运转的关键 “指挥棒”。活性氧（ROS）作为其中重要的 “演奏者”，对维持氧化还原稳态起着举足轻重的作用。超氧阴离子（O₂^•-）又是 ROS 家族里的关键成员，它不仅是许多内源性 ROS 的重要前体，还像一个忙碌的 “管家”，参与处理细胞内产生的大部分自由基。正常情况下，O₂^•-在体内的浓度约为 10^?10 mol/L，并且 “寿命” 很短，半衰期仅有 10^?6 s。它就像一个 “神秘过客”，在细胞的线粒体中短暂停留，然后扩散到细胞各处，调节细胞内的氧化还原状态，参与各种物质的转化。
然而，当 O₂^•-的水平出现异常时，就如同交响乐的节奏被打乱，会引发一系列的 “麻烦”。它常常与缺血 - 再灌注（IR）损伤、退行性疾病等多种疾病紧密相连。比如，它能与一氧化氮（NO）反应生成过量的过氧亚硝酸根（ONOO^?），进而激活半胱天冬酶（caspase）的表达，导致脂质过氧化、蛋白质凋亡，最终引发细胞凋亡。近年来，光动力疗法（PDT）备受关注，尤其是 I 型光敏剂（PSs），为疾病治疗带来了新的希望，而 O₂^•-在这一治疗过程中也扮演着不可或缺的角色。
目前，检测 O₂^•-的方法虽然不少，像电子顺磁共振（EPR）、质谱（MS）、分光光度法、电化学等，但这些方法都存在一些 “短板”，无法实现实时、无创检测。有机小分子荧光探针的出现，为解决这一难题带来了曙光，不过，此前却缺乏对这类荧光探针检测 O₂^•-进展的系统性总结。
为了填补这一空白，来自国内的研究人员 Caifeng Liu、Xinyu Li、Caixia Yin、Fangjun Huo 开展了一项关于有机荧光探针检测超氧阴离子的研究。他们对近年来用于检测 O₂^•-的荧光探针进行了系统总结，根据其反应位点和涉及的生物应用进行分类梳理，并比较了不同反应位点的优缺点。该研究成果发表在《Dyes and Pigments》上，为后续 O₂^•-荧光探针的开发提供了新的思路和参考，有助于深入理解相关疾病的发病机制，推动疾病诊断和治疗技术的发展。
研究人员在开展研究时，主要运用了文献综述的方法，广泛收集和分析了已有的关于有机荧光探针检测 O₂^•-的研究资料，总结归纳出不同类型荧光探针的特点、应用及存在的问题。
下面具体来看研究结果：
基于脱氢反应的荧光探针：由于 O₂^•-具有强氧化性，能轻易氧化或去除一些活性氢，形成分子内电荷转移（ICT）机制。2007 年，Guo 等人基于苯并噻唑啉与 O₂^•-的选择性反应，开发了一种特异性荧光探针（探针 1）。通过研究这种基于脱氢反应的荧光探针，发现其能利用 O₂^•-的氧化特性实现对其检测，为后续类似探针的设计提供了思路。
同时检测超氧阴离子和其他物质的荧光探针：在生物体中，各种生物活性物质之间存在着紧密而复杂的关系。荧光探针可同时检测多种物质，帮助可视化某些活性分子的代谢关系。研究发现超氧阴离子与多种物质密切相关，这类荧光探针对于深入了解它们之间的代谢关系具有重要意义，为揭示生物体内复杂的代谢网络提供了有力工具。
研究人员通过系统总结不同反应位点的荧光探针及其生物应用，得出以下结论：用于检测 O₂^•-的反应位点常见的有七类，分别是脱氢、二苯基膦、咖啡酰基部分、三氟甲磺酸酯、双（三氟甲基）苯磺酸酯、二硒化物和 1,2,4,5 - 四嗪。尽管已报道了许多基于这些位点的探针，但目前的 O₂^•-有机荧光探针仍存在一些局限性，比如检测的灵敏度、选择性还有提升空间，在复杂生物环境中的稳定性也有待增强。不过，这项研究为后续 O₂^•-荧光探针的研究指明了方向，有助于研究人员开发出性能更优的探针，更好地应用于疾病的早期诊断、病理机制研究以及治疗效果监测等领域，对推动生命科学和健康医学的发展具有重要意义。