一种靶向溶酶体的荧光激活探针，用于检测外源性和内源性HClO及其生物学应用

《Inorganic Chemistry Communications》：A lysosome-target fluorescence turn-on probe for exogenous and endogenous HClO detection and its biological applications

新型荧光探针QW-Lyso通过异丙酮与2-羟基-1-萘醛缩合而成，具有85nM的超低检测限和显著的颜色与荧光变化，其ICT机制经NMR、HRMS和DFT验证，并成功用于细胞、斑马鱼和小鼠的HClO成像。

　　

文秦|刘雅桐|胡桂英|赵燕|范传斌|邹月丽|邢志勇

广西医科大学民族医学院医学技术与人工智能学院，中国百色533000

摘要

合成了一种新的荧光探针QW-Lyso，该探针通过异佛尔酮和2-羟基-1-萘醛连接而成，并通过¹H NMR、¹³C NMR、HRMS和X射线晶体学进行了表征。该探针对HClO表现出优异的选择性和高灵敏度，具有明显的颜色变化和荧光激活响应，检测限计算为85 nM。此外，通过¹H NMR滴定、HRMS和DFT计算验证了其作用机制。成功利用QW-Lyso对活细胞、斑马鱼和小鼠中的内源性和外源性HClO进行了成像。共定位研究表明，探针QW-Lyso具有良好的溶酶体靶向性和高对比度成像能力，为开发更高效的生物成像用HClO荧光探针提供了有益工具。

引言

次氯酸（HClO）是人体中最关键的活性氧种类之一，由髓过氧化物酶（MPO）催化的氯离子（Cl^?）和过氧化氢（H₂O₂）反应产生。它既具有氧化作用也具有还原作用，同时也是免疫系统的核心组成部分[[1], [2], [3], [4]]。适量的HClO有助于维持细胞稳态和正常生理功能，但过量的HClO可导致组织和器官损伤[5,6]。越来越多的证据表明，动脉粥样硬化[7]、神经退行性疾病[8]、恶性肿瘤[9]等多种疾病与人体内HClO水平异常有关。除了生物学作用外，HClO还被广泛用作日常生活中的消毒剂和漂白剂，以灭活细菌和病毒。它在食品加工和污水处理中也有着广泛应用。世界卫生组织（WHO）规定饮用水中HClO的最大允许浓度为0.5 mg/L[[10], [11], [12]]。总之，HClO的广泛使用可能导致其在体内或环境中的异常积累，从而引发身体功能障碍或环境风险。因此，开发一种用于体内和自然环境中HClO检测的实用工具对于疾病预防和诊断具有重要意义。

目前，常见的HClO检测方法包括电化学分析、高效液相色谱（HPLC）和可见光谱法。然而，这些技术存在样品预处理复杂和检测程序繁琐等固有缺点[[13], [14], [15]]。相比之下，荧光探针因操作简便和成本低廉而在生物化学和环境监测中得到广泛应用[[16], [17], [18], [19], [20]]。目前，许多专为检测HClO设计的荧光探针通过引入多种反应基团来实现其识别功能，包括硫醚基团、二甲基硫甲酸酯衍生物、CC不饱和双键等特殊识别基序[[21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40], [41], [42], [43], [44], [45]]。然而，许多报道的HClO探针存在溶解度低、灵敏度低、检测限高和响应时间长的问题，严重限制了其在环境样品和生物体内的实际应用。

因此，迫切需要开发出对HClO具有高灵敏度、快速响应且在复杂环境系统和生物体内有效应用的新型荧光探针。

材料与仪器

所有化学品均从Energy Chemical购买，无需纯化即可直接使用。所有需要水的实验过程中均使用超纯水。紫外吸收光谱和荧光光谱分别由UV-2600i紫外光谱仪（岛津公司，日本）和FL970荧光分光光度计（Techcomp公司，中国）测量和记录。斑马鱼的细胞成像实验和活体成像实验均在该设备上进行。

探针QW-Lyso的设计策略

ICT（诱导化学转化）过程常用于光学化学传感器的设计，这类传感器在紫外-可见光吸收和荧光光谱中表现出明显的蓝移或红移，并伴有肉眼可见的颜色变化。一些基于ICT的荧光探针通过CC不饱和双键与HClO之间的氧化加成反应，对HClO表现出优异的选择性和灵敏度[29,30,36~42]。在本研究中，采用2-羟基-1-萘桥联的二氰异佛尔酮结构作为新型杂交探针的核心。

结论

总结来说，通过异佛尔酮和1-羟基-2-萘醛的Knoevenagel缩合反应，设计并合成了一种简便的荧光探针QW-Lyso。该探针对HClO表现出高度选择性，具有显著的荧光增强和颜色变化，且不受其他分析物的干扰，HClO的检测限计算为85 nM。ICT作用机制通过¹H NMR滴定、DFT计算和HRMS实验得到了验证。生物应用实验表明...

CRediT作者贡献声明

文秦：撰写初稿、验证、软件开发、实验研究、数据分析、数据整理。刘雅桐：撰写初稿、软件开发、实验研究。胡桂英：实验研究。赵燕：数据分析。范传斌：软件支持。邹月丽：实验指导、资源协调。邢志勇：撰写、审稿与编辑、方法设计、资金申请、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了广西自然科学基金（项目编号：2024GXNSFAA010218、2025GXNSFHA069177）、广西研究生教育创新项目（项目编号：YCSW2025607）、广西大学生创新创业计划项目（项目编号：S202410599114）以及广西医科大学民族医学院高层次人才基金（项目编号：yy2022rcky003）的支持。

文秦 广西医科大学民族医学院医学技术与人工智能学院，中国百色533000，研究生。