近红外荧光探针M1：实现活体内邻二硫醇蛋白(VDPs)高灵敏度检测与成像的新突破

针对现有荧光探针发射波长短、灵敏度不足的局限，西北大学团队开发了基于香豆素-苯并吡喃鎓荧光团的近红外探针M1，通过双甲氧基马来酰亚胺特异性识别VDPs中的半胱氨酸残基，实现0.070 μM检测限的rBSA定量分析，并成功应用于A549细胞超分辨成像和斑马鱼共聚焦成像，为氧化还原相关疾病研究提供新型分子工具。

　　

细胞内的氧化还原平衡如同精密的交响乐，而邻二硫醇蛋白(VDPs)就是其中关键的"指挥家"。这类含有CXXC基序(Cys-Xaa-Xaa-Cys)的蛋白质通过可逆的二硫键形成调控细胞信号，与糖尿病、中风和癌症等多种疾病密切相关。然而，科学家们长期面临一个技术瓶颈——现有VDPs检测探针普遍存在发射波长短(<600 nm)、组织穿透力差、灵敏度不足等缺陷，严重制约了活体研究的深度。

西北大学的研究团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表的研究中，创新性地将香豆素-苯并吡喃鎓(coumarin-benzopyrylium)荧光团与双甲氧基马来酰亚胺识别基团结合，开发出近红外发射(λ_em=696 nm)的探针M1。该探针利用限制分子内运动(RIM)机制，在与VDPs结合后荧光强度增强10倍，实现了从分子设计到活体应用的全链条突破。

研究团队采用多学科交叉的研究方法：通过核磁共振(¹H NMR/¹³C NMR)和质谱验证探针结构；使用紫外-可见光谱和荧光光谱分析光学特性；借助共聚焦显微镜和超分辨成像技术实现细胞及斑马鱼水平的VDPs可视化；特别选用还原型牛血清白蛋白(rBSA)作为模型蛋白进行灵敏度测试。实验样本包括A549人肺癌细胞和转基因斑马鱼模型。

【Synthesis and Characterization of Probe M1】
通过七步有机合成构建探针分子，关键步骤包括：二甲基乙炔二羧酸酯的亲电加成/环化反应生成中间体3；3,5-二氨基苯甲酸酰胺化反应获得化合物5；最终通过磺酰胺与羧酸的缩合反应得到目标产物M1，经质谱确认分子量为785.31。

【光学性能与特异性验证】
探针M1在水溶液中荧光量子产率仅为0.003，但与rBSA结合后跃升至0.32，斯托克斯位移达136 nm。选择性实验显示，M1对谷胱甘肽(GSH)等生物硫醇的干扰信号<5%，而对VDPs的响应速度在3分钟内完成。

【细胞与活体成像应用】
线粒体定位实验表明M1与MitoTracker共定位系数达0.92。在A549细胞中，M1成功实现分辨率约120 nm的超分辨成像，清晰显示VDPs在线粒体嵴上的分布。斑马鱼实验证实M1可穿透血脑屏障，动态监测脑部VDPs变化。

这项研究不仅提供了首个可同时满足近红外发射、高灵敏度(检测限0.070 μM)和活体兼容性的VDPs探针，更建立了从分子识别到病理研究的技术桥梁。Yuan Guo和Jianjian Zhang团队的工作为氧化还原相关疾病的早期诊断开辟了新途径，其设计的RIM激活机制为后续探针开发提供了普适性策略。特别值得注意的是，M1在斑马鱼模型中的成功应用，预示着其在心血管疾病和神经退行性疾病研究中的广阔前景。研究获得国家自然科学基金(22477101)等多项支持，相关技术已申请发明专利保护。