细胞内的“硫化氢猎手”：新型荧光探针助力疾病早期诊断

硫化氢（H₂S）是一种具有强烈臭鸡蛋气味的无色气体，作为细胞信号传导分子，与一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）类似，被广泛认为是一种气体信号分子（Gasotransmitter）。H₂S在多种生理和生物过程中发挥重要作用，如血压调节、心脏反应、缺血损伤、炎症、免疫反应和消化系统功能等。此外，H₂S水平的异常变化与糖尿病、肝硬化、阿尔茨海默病和唐氏综合征等多种疾病密切相关。因此，开发高选择性、高灵敏度的H₂S荧光传感器对于疾病早期诊断和生物医学研究具有重要意义。

近期，科研人员在硫化氢检测领域取得重要进展，成功开发出一种新型香豆素基“OFF-ON”荧光传感器，相关成果发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》。该研究为生物体系中硫化氢的检测提供了更高效、精准的方法，有望推动相关疾病诊断技术的发展。

研究内容

图 1 基于硫解反应检测硫化氢（H₂S）的香豆素类荧光探针示例

研究团队利用荧光共振能量转移（FRET）原理，通过特定化学反应合成了用于检测硫化氢的荧光探针dabsylcoumarin。如图1展示了多种用于H₂S检测的香豆素类荧光探针基于硫解机制的具体形式。

图 2 dabsylcoumarin对H₂S传感的拟议机制示意图

从图2可知，其检测机制基于H₂S辅助硫解磺酸酯，使荧光信号由“关闭”变为“开启”。

图 3 7-hydroxyl-4-methylcoumarin的UV-Vis光谱及dabsyl chloride重叠情况示意图

图3显示了二者光谱的重叠区域（黄色部分），表明dabsyl chloride能够吸收7-hydroxyl-4-methylcoumarin的荧光信号，为FRET机制的实现提供了光谱学依据，说明了该传感器设计的合理性。

研究人员对比了dabsylcoumarin在有无H₂S存在时的光谱变化，加入H₂S后，吸收峰在383nm处发生蓝移，对应dabsyl-SH的吸收波长，验证了dabsylcoumarin的硫解反应，表明H₂S与传感器发生了特异性作用。

此外，研究人员加入NaSH后，发现在448nm处出现最大发射强度，对应7-hydroxyl-4-methylcoumarin的荧光发射，证明了FRET机制在H₂S作用下被中断，产生了强荧光信号，体现了传感器对H₂S检测的有效性。

图 4 dabsylcoumarin的选择性测试结果

选择性是该传感器的一大亮点，如图4，在多种生物标志物和分析物共存的情况下，只有H₂S能使dabsylcoumarin的荧光强度在448nm处显著增加，其他物质则无此效果，充分证明了其对H₂S的高选择性。研究人员通过竞争实验进一步验证了即便存在其他干扰物质，dabsylcoumarin仍能精准检测出H₂S这一特性。并且该传感器的检测灵敏度也十分出色，其检测限低至1.64μM，优于许多先前报道的探针。

图 5 HeLa细胞的共聚焦荧光图像

在生物成像应用上，图5的共聚焦荧光图像显示，HeLa细胞经dabsylcoumarin和H₂S处理后，蓝色通道出现明亮荧光，表明传感器能够进入细胞并与细胞内硫醇相互作用；同时明场图像显示细胞保持活力，结合MTT实验结果可知，dabsylcoumarin细胞毒性低，在12.5-50μg/mL浓度范围内，细胞存活率超92%，表明该探针具有良好的生物相容性。

Dabsylcoumarin作为一种新型的“OFF-ON”荧光探针，凭借其高选择性、低检测限、良好的稳定性和生物相容性，为H₂S的检测提供了一种高效、灵敏的工具。该探针不仅能够有效检测环境和生物体系中的H₂S水平，还为相关疾病的早期诊断和生物医学研究提供了新的技术支持。未来，研究人员计划进一步探索该探针在其他细胞类型和生物体系中的应用潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.saa.2024.125170