双功能荧光探针COS-NS揭示铜死亡过程中HOCl与黏度代谢的协同调控机制

本研究针对铜死亡（cuproptosis）过程中活性氧（HOCl）与微环境黏度的动态监测难题，开发了基于吩噻嗪骨架的双功能荧光探针COS-NS。该探针通过特异性氧化反应和分子内旋转抑制机制，实现了HOCl（检测限81 nM，响应时间15 s）与黏度的双通道同步检测，证实铜离子（II）和谷胱甘肽（GSH）在铜死亡中的关键作用，为解析铜死亡相关疾病机制提供了新型分子工具。

　　

铜死亡（cuproptosis）作为一种新发现的铜依赖性细胞死亡方式，近年来在疾病发生发展中展现出重要作用。这种死亡模式与细胞内铜离子（II）异常积累、线粒体功能紊乱以及蛋白质聚集密切相关，但其代谢调控机制仍如"黑箱"般难以窥探。更棘手的是，铜死亡过程中伴随的氧化应激会产生关键信号分子次氯酸（HOCl），而微环境黏度变化又直接影响细胞代谢进程。传统检测技术如原子吸收光谱（AAS）或高效液相色谱（HPLC）难以实现这两种参数的实时动态监测，这成为阻碍铜死亡机制研究的"卡脖子"难题。

针对这一挑战，中国研究人员设计开发了革命性的双功能荧光探针COS-NS。这项发表在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》的研究，巧妙利用吩噻嗪（phenothiazine）骨架的电子特性，构建出能同步响应HOCl和黏度的智能分子探针。通过硫醚氧化反应抑制分子内电荷转移（ICT），探针实现对HOCl的特异性"开启"式检测；同时借助分子旋转限制机制，敏感捕捉微环境黏度变化。这种"一箭双雕"的设计思路，为解析铜死亡代谢网络提供了前所未有的研究工具。

研究团队主要采用有机合成化学方法构建探针分子，通过核磁共振（NMR）验证结构；运用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分析光学特性；采用细胞成像技术验证生物应用效果；并建立铜死亡细胞模型进行功能验证。

【合成与表征】部分显示，以10-甲基吩噻嗪-3-甲醛为原料，与2-巯基嘧啶二醇缩合获得目标探针，产率达91%。¹H NMR证实产物结构，质谱分析显示分子量为431.12，符合理论计算。

【传感机制】研究发现，COS-NS的吩噻嗪单元作为电子供体，初始状态下因ICT效应导致荧光微弱（量子产率0.02）。当存在HOCl时，硫原子被氧化为亚砜，ICT过程受阻，在498 nm处产生显著荧光增强。同时，探针的嘧啶二酮单元在黏性环境中分子旋转受限，导致650 nm处荧光增强，实现双参数区分检测。

【分析性能】数据显示，HOCl检测线性范围为0-25 μM，检出限达81 nM，响应速度超快（约15秒）。黏度检测呈现良好的对数线性关系，斯托克斯位移达152 nm，有效避免信号串扰。探针在pH 7.4条件下稳定存在24小时以上，且对GSH、H₂O₂等干扰物具有优异选择性。

【生物应用】在铜死亡细胞模型中，探针成功捕获到铜离子（II）诱导的HOCl爆发和黏度升高动态过程。特别值得注意的是，实验证实GSH的耗竭会显著促进铜死亡进程，这为理解铜死亡调控机制提供了新视角。斑马鱼活体成像进一步验证了探针的生物适用性。

研究结论部分强调，COS-NS是首个能同步监测铜死亡过程中HOCl和黏度变化的双功能探针，其超快响应、高灵敏度和优异选择性突破了现有技术的局限。该工作不仅为铜死亡研究提供了关键工具，更揭示了氧化应激（特别是HOCl爆发）与微环境黏度变化在铜死亡中的协同作用，为相关疾病（如神经退行性疾病、癌症）的诊疗策略开发奠定了分子基础。作者指出，未来可通过优化探针的亲脂性，进一步提升其穿越血脑屏障的能力，拓展在脑疾病研究中的应用前景。