一种基于BODIPY的新型双功能近红外荧光探针，用于检测次溴酸并进行细胞成像

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：A novel dual functional near-infrared fluorescent probe based on BODIPY for detecting hypobromous acid and cell imaging

　　

王莎莎|张叶|杨冉|曲凌波|曾华金

郑州大学药学院，中国郑州450001

摘要

在本研究中，我们通过一步合成方法设计并制备了一种新型近红外荧光探针，该探针基于氰基取代的BODIPY染料。探针结构中的酰胺肟基团能够与HOBr快速且特异性地发生反应，使含有氰基的BODIPY染料再生，并伴随显著的荧光淬灭效应。淬灭强度与HOBr浓度呈正相关，从而实现了对HOBr的定量检测，检测限为1.17 μM。在细胞水平上，该探针表现出优异的生物相容性和稳定性，能够成功可视化活细胞中的内源性和外源性HOBr。此外，该探针还具有优异的脂滴靶向能力，为研究脂滴的生理功能提供了强大的分子工具，特别是HOBr在脂质代谢中的作用。

引言

活性氧（ROS）是细胞中的关键信号分子，其稳态失调与多种病理过程密切相关[1]。在ROS中，次溴酸（HOBr）与次氯酸（HOCl）类似，是最主要的活性物质之一。然而，血浆中的内源性HOBr浓度（20–100 μM）显著低于HOCl的浓度（100–140 mM）[2]。这种浓度差异，加上它们相似的理化性质，给选择性检测HOBr带来了重大挑战，导致其在ROS研究中长期被忽视[1]。值得注意的是，异常的HOBr积累直接与多种组织损伤性疾病的发生有关[3]，这凸显了开发特异性检测工具的迫切需求。

荧光检测技术因其高灵敏度、优异的选择性和非侵入性而成为活细胞成像的首选方法[3]、[4]。特别是，该技术能够实现生物分子动态的时空可视化。近年来，基于氧化反应和亲核取代等机制开发了多种HOBr荧光探针[1]。

在各种荧光团中，硼二吡咯甲烯（BODIPY）染料因其优异的特性而脱颖而出，包括高摩尔吸收系数、优异的荧光量子产率、良好的光稳定性、对pH值的不敏感性以及易于结构修饰[5]。最近，已经为多种分析物设计了多种基于BODIPY的探针[6]、[7]、[8]、[9]、[10]，但迄今为止仅报道了一种特异性针对HOBr的BODIPY探针。王等人开发了一种含有4-甲氧基苯硒单元的Se-BODIPY探针（结构见图S1），该探针不仅延长了共轭体系，还通过硒的强电子给体效应将发射波长红移至近红外（NIR）区域，有效减少了自荧光干扰[11]。尽管这种探针在活细胞成像中表现良好，但其多步合成过程严重限制了其应用范围。

为了克服合成复杂性并充分利用BODIPY的优异特性，本研究采用[[(3,4,5-三甲基-1H-吡咯-2-基)(3,4,5-三甲基-2H-吡咯-2-亚基)甲基]氰化物（二氟硼）作为前体，通过一步合成方法制备了一种NIR荧光探针。当该探针与HOBr反应时，其中的酰胺肟基团使BODIPY染料再生，导致在红光发射波长处出现荧光淬灭，从而能够在活细胞中特异性检测HOBr。此外，该探针还表现出对脂滴（LD）的优异靶向能力，脂滴是细胞内的关键亚细胞器。

章节片段

材料与试剂

[(3,4,5-三甲基-1H-吡咯-2-基)(3,4,5-三甲基-2H-吡咯-2-亚基)甲基]氰化物（二氟硼）和羟胺购自J&K Scientific Ltd.（北京，中国）。甲醇、二氯甲烷和无水乙醇（HPLC级）来自Aladdin（上海，中国）。石油醚和乙酸乙酯（分析级）由天津富宇精细化工有限公司提供（天津，中国）。Raw264.7细胞系来自国家细胞系资源库

紫外-可见光谱和荧光光谱

紫外-可见吸收光谱（图1a）显示，该探针在500至625 nm范围内有显著吸收，最大吸收波长为580 nm。加入HOBr溶液后，探针的吸光度显著下降。相应地，荧光光谱（图1b）显示，在580 nm激发下，探针在625 nm处显示出最大荧光强度。然而，在加入HOBr后，该波长的荧光强度降低

结论

本研究通过一步合成方法制备了一种NIR荧光探针。该探针不仅能够可视化Raw264.7细胞中的内源性和外源性HOBr水平，还表现出优异的脂滴靶向能力，为监测生物系统中的HOBr提供了一种快速、灵敏且特异性的方法，同时作为一种新型分子可视化工具，用于研究脂滴的生物功能，特别是

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了河南省中原学者计划（项目编号：202101510005）的支持。