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Dual-Channel Fluorescent Probe for the Simultaneous Monitoring of Peroxynitrite and Adenosine-5′-triphosphate in Cellular Applications

J. Am. Chem. Soc.   2022-01-15


      三磷酸腺苷(ATP)作为“分子货币”,帮助调节重要的细胞功能,包括细胞移动、神经传递和离子通道功能。ATP稳态的破坏与许多疾病密切有关,例如缺血、帕金森病和低血糖等。ATP稳态扰乱通常归因于氧化应激,其中包括产生高活性氧(ROS)和活性氮(RNS)。特别是,过氧亚硝基阴离子(ONOO)通过氧化失活线粒体ATP合酶来抑制ATP生成。在许多病理事件中也观察到ATP和ONOO浓度之间的相关性。因此,开发一种能够在体内和体外同时实时监测这些物种的化学工具将是非常必要的。

      荧光成像技术由于其快速、无创、灵敏、简单、实时、低成本和高分辨率等特点,已经成为生物学研究、临床应用的有力支持工具。然而,目前还没有能够同时、独立成像ATP和ONOO的荧光探针。为了解决上述问题,我们设计合成了一种新型双分析物荧光探针(ATP-LW),它通过不同的激发波长同时对ONOO和ATP产生荧光响应。如图1所示,ONOO特异性氧化ATP-LW的硼酸频哪醇酯,得到高荧光的4-羟基-1,8-萘酰亚胺产物NA-OH (λex = 450 nm, λem = 562 nm or λex = 488 nm, λem = 568 nm)。ATP与ATP-LW结合诱导罗丹明螺内酰胺环打开,产生高发射产物(λex = 520 nm, λem = 587 nm)。我们随后使用ATP-LW实现了肝细胞内ONOO与ATP的同时单光子/双光子荧光成像(图2、3),揭示了药物诱导的肝损伤过程中ONOO和ATP的动态变化以及二者之间的关系。这一工作为对乙酰氨基酚(APAP)诱导肝毒性的信号通路提供了支持,其中ONOO增加和ATP损耗被认为是导致肝坏死的原因。相关工作以“Dual-Channel Fluorescent Probe for the Simultaneous Monitoring of Peroxynitrite and Adenosine-5′-triphosphate in Cellular Applications”为题发表在国际化学权威杂志 J. Am. Chem. Soc. 上。
      论文第一作者是巴斯大学吴庐陵博士、山东师范大学博士研究生刘继红、巴斯大学博士研究生田雪。得克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler教授、巴斯大学Tony D. James教授、山东师范大学李平教授、上海师范大学黄楚森副教授、河南师范大学仉华教授和华东理工大学韩海浩博士为论文共同通讯作者。本研究工作得到国家自然科学基金、国家留学基金委、英国皇家学会、巴斯大学、亚历山大·冯·洪堡基金会、罗伯特·韦尔奇基金会、山东省重点研发计划、上海市科技重大专项、中原高层次人才专项扶持计划的大力资助。衷心感谢山东师范大学唐波教授/李平教授团队、上海师范大学黄楚森副教授团队、巴斯大学Tony D. James教授团队、河南师范大学仉华教授团队、得克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler教授团队、华东理工大学贺晓鹏教授团队、中科院上海药物研究所所长李佳团队的支持。山东师范大学为第一单位。

全文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c07954