双功能荧光探针IDH-NBD：实时监测细胞粘度与生物硫醇水平的创新工具及其在疾病早期诊断中的应用

本文开发了一种新型双功能荧光探针IDH-NBD，可实现细胞内粘度与生物硫醇（GSH/Hcy/Cys）水平的实时同步检测。该探针通过ICT/TICT机制，在红绿双通道呈现特异性荧光响应，兼具高灵敏度与优异生物相容性，为心血管疾病、癌症等病理过程的机制研究与早期诊断提供了强大工具。

　　

Highlight

探针IDH-NBD展现出对生物硫醇和粘度的优异响应效率与灵敏度。其通过与生物硫醇反应释放红色通道荧光团IDH-OH（600 nm），与Cys/Hcy反应时通过SNAr反应在绿色通道（556 nm）产生强荧光。对GSH因电子供给能力弱无绿色发射。借助分子内单双键结构产生的扭曲分子内电荷转移（TICT）效应，在低粘度时荧光淬灭，高粘度时440 nm荧光显著增强。

Reagents and synthesis

所有试剂均购自商业来源并直接使用。IDH-NBD的全合成路线如图2所示。参照文献方法合成化合物1和2，在过量碱条件下通过化合物1与2的缩合开环制备化合物3，继而与NBD-Cl通过亲核取代反应得到目标探针IDH-NBD。

Response of IDH-NBD to biothiols

我们首先评估了IDH-NBD的光物理性质。如图S10所示，其荧光强度在12小时内保持稳定，证明具有低荧光背景和良好稳定性。随后进行体外生物硫醇响应测试：加入Cys/Hcy/GSH（100 μM）后，Cys/Hcy组在480 nm和540 nm出现新吸收峰，GSH组仅在540 nm有吸收峰。荧光光谱显示Cys/Hcy处理后在556 nm和600 nm产生双发射峰，GSH处理仅引发600 nm处红色荧光增强。通过高效液相色谱（HPLC）和质谱（MS）验证了反应机理（图3）。

Viscosity response

在不同粘度（甘油-水混合体系）中测试IDH-NBD的荧光行为。随着粘度增加，440 nm处荧光显著增强（图4A），证明其作为粘度传感器的有效性。通过分子旋转抑制导致的TICT效应调控荧光发射（图4B），线性关系表明IDH-NBD适用于定量检测（图4C）。

Biological imaging

细胞毒性实验表明IDH-NBD具有低毒性（图S11）。在活细胞成像中，探针成功监测到不同生物硫醇水平和粘度变化（图5）。斑马鱼实验进一步验证其多通道活体成像能力（图6），能够区分生物硫醇类型并响应粘度变化。

Conclusions

我们构建了可实时追踪细胞生物硫醇水平和粘度的双功能荧光探针IDH-NBD。该探针通过硫醇识别基团NBD-Cl与新型荧光团IDH-OH的亲核取代反应制备。在硫醇检测中，Cys/Hcy组出现480 nm和540 nm新吸收峰，GSH组仅在540 nm有吸收；荧光发射方面，Cys/Hcy产生556 nm/600 nm双通道信号，GSH仅显示600 nm红色荧光。粘度检测中通过抑制TICT效应实现440 nm荧光增强。生物学实验证明其适用于细胞和斑马鱼的多通道检测。