今天给大家介绍的文章是J. Am. Chem. Soc.近期的Just Accepted文章，A thiol-chromene “click” reaction triggered self-immolative for NIR visualization of thiol flux in physiology and pathology of living cells and mice。文章的通讯作者是山西大学的阴彩霞教授。

苯并吡喃是一种重要的有机化合物，其衍生物具有广泛的生物与药理活性，在染料、农药等领域具有应用，并且具有良好的光化学性能，近年来被应用于光开关的设计中。另外，该类化合物具有良好的生物相容性与高反应活性，在β位的不饱和酮能够成为良好的结合位点。该课题组对苯并吡喃类化合物的合成与传感器应用进行研究，发现该类化合物的与硫醇之间的点击化学反应能够与硫醇体系比色进行检测。因此，他们希望将其应用于近{attr}3187{/attr}荧光探针中。该方法穿透性强，同时在生物样品基质中的光吸收与荧光强度均较弱，从而具有本底干扰弱的优点。

基于上述一系列特征，本课题组将能够与硫醇发生点击反应的苯并吡喃，与具有自牺牲响应性的氨基甲酸酯结构相结合，设计了如图1所示的自牺牲近红外荧光硫醇探针,NIR-HMPC。通过密度泛函理论计算，作者证明NIR-HMPC探针中的LUMO轨道主要位于苯并吡喃结构，HOMO轨道主要位于氧杂蒽的酚醛结构。这就解释了硫醇点击反应前后的荧光变化。

图1 NIR-HMPC探针设计与机理示意图

为检测探针对体内氨基酸以及其他主要含硫物种的选择性，作者在pH 7.4的PBS缓冲条件下使用该探针对包括含硫的半胱氨酸（Cys）与甲硫氨酸的多种氨基酸，，谷胱甘肽（GSH），以及硫化氢的响应性进行了检测。结果表明，5分钟后，只有含有硫醇的实验组的荧光吸收出现了显著的红移，荧光强度也出现了明显的增强（图2）。

图2 NIR-HMPC探针选择性实验证明巯基化合物使信号产生红移并增强

动力学研究表明，NIR-HMPC探针对巯基化合物具有较高的选择性和快速反应性。另外，采用Cys进行浓度梯度实验时，观察到了较为良好的线性（图3），计算得到该方法在生理条件下的检出限为0.39 μM，同样方法得到Hcy与GSH的检测限分别为0.54与0.59 μM。

图3 探针对巯基化合物能够快速响应，并且具有良好线性特征

接下来，作者将该探针运用于细胞成像，采用人宫颈癌细胞系（HeLa），人肝癌细胞系（HepG2）以及人乳腺癌细胞系（MCF-7）为模型。毒性实验表明，探针的细胞毒性较低，靶向性实验证明探针对于线粒体具有良好的靶向性，能够对活细胞内线粒体中的硫醇进行成像。采用诱导氧化应激的试剂PMA与降低谷胱甘肽水平、导致细胞凋亡的试剂BSO制造细胞内硫醇含量的波动，均能够证明探针能成功检测到大量细胞内硫醇信号。采用硫醇特异性清除试剂NEM处理细胞，则荧光信号被抑制，证明了内源性硫醇的特异性荧光反应。该方法同样可应用于小鼠实验中，快速检测活体动物中的硫醇水平。脑缺血是一种常见的极性脑血管疾病，可引起动脉粥样硬化、高血压、栓塞、糖尿病等疾病。采用NIR-HMPC探针观测脑缺血模型中小鼠体内硫醇水平的变化，实验结果表明，小鼠脑缺血后体内硫醇水平显著升高。

综上所述，本文开发了一种新型苯并吡喃-氨基甲酸酯类近红外探针，该探针能够检测细胞与小鼠体内硫醇水平，在5分钟即可快速检测，并且具有较好的穿透性与灵敏度。另外，该方法能被用于观察生物体内硫醇在氧化应激与细胞凋亡等过程中的波动，有助于阐明生物的生理与病理过程。同时，该方法也为研究硫醇相关疾病的病理过程提供了有效的手段。

作者 ：ZY 审校：ZZC

DOI：10.1021/jacs.9b12629

Link：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12629