基于异香草醛-咪唑骨架的荧光探针在肺通气模型中可视化细胞多硫化氢的研究

本研究针对肺通气过程中氧化还原状态监测的临床需求，开发了基于异香草醛-咪唑骨架的荧光探针IIdz-HPS，通过特异性识别H2Sn（多硫化氢）实现儿科呼吸上调模型的分子水平监测。该探针具有高灵敏度（检测限0.28 μM）、强抗干扰性（对Cys/GSH选择性>50倍）和低细胞毒性，成功构建了H2S2浓度与荧光强度的定量关系（R2=0.996），为手术麻醉中的肺通气策略优化提供了新工具。

　　

在生命活动的复杂网络中，硫代谢作为第三气体信号分子系统，通过氢硫化氢(H₂S)及其衍生物参与着至关重要的生理调控。其中多硫化氢(H₂S_n)作为H₂S的氧化产物，在炎症调节和钙离子通道激活等病理过程中展现出比H₂S更高的敏感性，却因检测技术限制长期未被充分研究。特别是在儿科临床实践中，由于儿童呼吸道狭窄、肺容量小等解剖特征，其肺通气过程中的缺氧状态较成人更为严峻，传统物理参数如肺泡通气量等已无法满足精准医疗需求。

针对这一科学难题，金华市科技计划项目支持的研究团队在《Journal of Molecular Structure》发表创新成果。研究人员设计合成了一种新型荧光探针IIdz-HPS，其核心结构融合了异香草醛的光学特性与咪唑环的电子效应，通过硝基氟苯甲酸酯识别基团实现H₂S_n特异性响应。该探针在识别H₂S_n后发生分子内环化反应，释放出强荧光产物IIdz-Fl（发射波长505 nm），其检测限达亚微摩尔级（0.28 μM），且对谷胱甘肽(GSH)等生物硫醇的干扰比超过50倍。

关键技术方法包括：1）建立模拟儿科10%呼吸上调的肺通气细胞模型；2）核磁共振(HRMS)和高效液相色谱(HPLC)验证探针结构；3）共聚焦显微镜动态监测A549细胞中H₂S_n波动；4）MTT法评估细胞毒性（存活率>85%）。

【材料与方法】部分显示，研究通过两步合成法获得探针：先由异香草醛与邻苯二胺缩合形成咪唑并[1,2-a]吡啶骨架，再引入2,4-二硝基苯磺酰酯作为响应单元。¹H NMR谱图中7.82 ppm的单峰证实了咪唑环C-H特征峰，HRMS质谱准分子离子峰m/z 438.0982与理论值误差<3 ppm。

【光学性能】实验表明，IIdz-HPS对H₂S₂的响应在5分钟内完成，荧光增强倍数达120倍。特别值得注意的是，在模拟肺通气三组模型（常氧组、通气组、上调组）中，探针信号差异具有统计学意义（p<0.01），这为区分不同呼吸状态提供了分子依据。

【细胞成像】结果显示，在麻醉预处理组细胞中，H₂S_n水平较缺氧组降低42%，而快速恢复组又回升至基线水平83%。这种动态变化与临床观察的呼吸功能恢复趋势高度吻合，证实H₂S_n可作为肺功能的新型分子标志物。

该研究的突破性在于首次将H₂S_n检测与儿科肺通气模型结合，其开发的IIdz-HPS探针具有三大临床价值：1）实现术中实时监测氧化还原状态；2）评估麻醉药物对呼吸功能的影响；3）为个体化通气参数设置提供量化指标。作者Xiujuan Cao等在讨论中指出，该技术未来可拓展至急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的早期预警，但需进一步解决探针在全血环境中的稳定性问题。这项研究不仅填补了硫代谢在呼吸医学中的研究空白，更为围手术期精准医疗提供了创新工具。