ROS 探针在精准靶向特定 ROS 中的应用 | MedChem

活性氧 (Reactive Oxygen Species，ROS) 是生物有氧代谢过程中的副产物，是一类含氧并且性质活泼的物质的总称。在有氧呼吸中，绝大多数的氧气 (O2) 在呼吸链中被还原成了水 (H2O)。然而，约有 1% 的 O2会发生不完全还原，生成超氧根离子(O2•−)。超氧根离子在体内又可以变成一系列的 ROS，包括过氧化氢 (H2O2)、次氯酸 (HOCl)、羟基自由基 (•OH) 及过氧亚硝酸盐 (ONOO−) 等，如图 1。ROS 在体内不断地产生，又不断地被抗氧化机制消灭，在氧化应激、细胞分裂分化、免疫激活和衰老等过程中发挥着重要作用，是许多重大疾病的起因 (包括肿瘤、心血管疾病和神经退行性疾病)。因此，特异性识别并检测 ROS 一直都是研究的热点。

图 1. 不同 ROS 产生的机理[1]

                                                                               HKSOX-1 系列

HKSOX-1 系列是对 O2•− 具有极好选择性和敏感性的绿色荧光探针，可用于检测活细胞及体内的内源性超氧化物。HKSOX-1 (HY-130015) 为 HKSOX-1r(HY-130017) 升级版，可更好滞留在胞内，反映胞内信号。HKSOX-1m(HY-D1156) 则可特异性靶向线粒体，用于监测线粒体内 O2•−。

图 2. 受精后斑马鱼胚胎中内源性O2•−的共聚焦成像[2]

                                                                          HKPerox 系列

HKPerox 系列是 O-methyl rhodol 衍生物，通过精巧设计的 Payne/Dakin 串联反应，实现 H2O2的高灵敏度识别与高选择性检测。HKPerox-2(HY-D1157) 为绿色荧光探针，HKPerox-1 (HY-130022) 为黄色荧光探针，可用于活细胞中内源性 H2O2 的分子成像。

                                                                           HKOCl 系列

HKOCl 系列是以铑为基础、特异性检测 HOCl 的荧光探针。HKOCl-3 (HY-130025) 为绿色荧光探针，而 HKOCl-4 (HY-130027) 为黄色荧光探针，具有更长的吸收波长和更好的 pH 稳定性。HKOCl-4m (HY-D1158) 特异靶向线粒体，可用于监测线粒体内 HOCl。

图 3. HKOCl-4m 对线粒体 HOCl 的共聚焦荧光成像[3]

                                                                                HKOH 系列

HKOH-1 系列是特异性检测活细胞内•OH 的高灵敏度绿色荧光探针。HKOH-1r (HY-D1159) 为 HKOH-1(HY-D1151)升级版，可更好滞留在胞内，反映胞内信号。

                                                                       HKGreen/HKYellow 系列

HKGreen-4I(HY-D1148)是一种基于二芳基胺，特异性识别 ONOO-的绿色荧光探针。HKYellow-AM(HY-130013)为黄色荧光探针，可高选择性、高灵敏度地检测活细胞、组织内的 ONOO-，且无细胞毒性。

图 4. 免疫 EAE 或 PDC 处理的 EAE 小鼠脊髓灰质中 HKYellow-AM 的免疫荧光染色[4]

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参考文献

1. Xiaoyu Bai,et al. Small-Molecule-Based Fluorescent Sensors for Selective Detection of Reactive Oxygen Species in Biological Systems. Annu Rev Biochem. 2019 Jun 20;88:605-633.

2. Jun Jacob Hu, et al. Fluorescent Probe HKSOX-1 for Imaging and Detection of Endogenous Superoxide in Live Cells and In Vivo. J Am Chem Soc. 2015 Jun 3;137(21):6837-43. 

3. Xiaoyu Bai,et al.HKOCl-4: a rhodol-based yellow fluorescent probe for the detection of hypochlorous acid in living cells and tissues. Front. Physiol., 2020,11.

4. Wenting Li, et al. Nitration of Drp1 provokes mitophagy activation mediating neuronal injury in experimental autoimmune encephalomyelitis. Free Radic Biol Med. 2019 Nov 1;143:70-83.