基于半花菁荧光增强探针的活细胞生物硫醇实时可视化检测新策略

【编辑推荐】针对生物硫醇(Cys/Hcy/GSH)动态监测难题，湖北科技学院团队开发了新型半花菁荧光探针MCY-NB。该探针通过酯键特异性裂解实现荧光增强，具备1-250 μM宽线性范围、裸眼可视化及活细胞渗透性，为氧化应激相关疾病诊断提供了便携式检测工具。研究成果发表于《Spectrochimica Acta Part A》。

　　

在生命体系中，生物硫醇（包括半胱氨酸Cys、同型半胱氨酸Hcy和谷胱甘肽GSH）如同精密的氧化还原调节器，维持着细胞稳态的微妙平衡。这些分子不仅参与清除活性氧(ROS)，还调控着细胞周期和凋亡信号通路。然而当它们的浓度发生异常时，便会引发多米诺骨牌效应——从肿瘤进展到心血管病变，从阿尔茨海默病到生长迟缓，多种重大疾病都与这种失衡密切相关。传统检测方法如高效液相色谱(HPLC)或质谱虽精度尚可，却因设备笨重、操作复杂难以实现活体实时监测，更无法满足临床对快速筛查的需求。

湖北科技学院的研究团队在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》发表的研究中，创新性地设计了一种半花菁(hemicyanine)基荧光探针MCY-NB。该探针采用独特的"荧光增强"机制：当生物硫醇攻击对硝基苯甲酸酯(p-nitrobenzoyl)保护基时，会释放出发红光(red fluorescent)的MCY-OH，其强度与硫醇浓度成正比。这种设计不仅解决了传统探针背景干扰大的问题，更实现了三大突破——既能定量检测1-250 μM宽浓度范围的总硫醇，又可通过肉眼直接观察颜色变化，还能动态追踪活细胞内硫醇波动。

关键技术包括：1）基于核磁共振(NMR)和高分辨质谱(HRMS)的探针结构表征；2）使用F97 Pro荧光分光光度计进行光谱分析；3）CCK-8法验证细胞相容性；4）共聚焦显微镜活细胞成像。

【合成与光谱响应】
通过三步合成法制备的MCY-NB，在加入生物硫醇后荧光强度激增150倍，最大发射波长红移至630 nm。选择性实验显示，其对20种氨基酸中仅Cys/Hcy/GSH产生响应，最低检测限达0.13 μM。

【裸眼可视化应用】
溶液颜色由浅黄变为深粉色的变化阈值约为50 μM，这种直观的比色能力使其特别适合野外筛查。将探针滴加至模拟临床样本时，可清晰区分健康与疾病组。

【活细胞成像】
在HepG2细胞模型中，探针成功捕获到过氧化氢(H₂O₂)刺激导致的GSH波动，证实其能穿透细胞膜并响应动态变化。

该研究开创性地将半花菁染料的优异光稳定性与特异性识别基团结合，其临床价值体现在三方面：首先，宽线性范围覆盖生理浓度(血浆GSH约1-10 mM)；其次，裸眼识别功能简化了基层医疗检测流程；最重要的是，活细胞动态监测能力为研究硫醇相关疾病机制提供了新工具。正如研究者指出，这种"所见即所得"的检测范式，或将推动便携式诊断设备的开发，助力氧化应激相关疾病的早期预警。