Sensors B-荧光探针：检测CO的荧光探针

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研究背景

肝脏是人体的主要新陈代谢器官。肝脏功能障碍和损伤会对身体造成损害，严重时甚至会导致死亡。急性肝损伤被认为会引发细胞内活性氧的大量增多，从而对细胞造成氧化损伤，并进一步诱导组织炎症。为了减轻氧化应激，细胞内形成了几个可还原的内源性分子，其中之一是一氧化碳(CO)。

尽管CO被认为是一种“沉默的杀手”，但它已被认为是一种内源性气体递质(信号分子)。内源CO主要来自血红素加氧酶(HO)在O2和NADPH的作用下对血红素的酶解。缺氧、ROS、LPS、促癌剂和重金属盐等多种刺激均可诱导HO-1同工酶的表达。CO还被报道调节多种生物学功能，包括神经传递、血管扩张、抗炎、抗凋亡等。

由于肝组织是内源性一氧化碳产生的主要器官，越来越多的研究表明，一氧化碳通过增加肝脏HO-1的表达，在减轻和修复药物性肝损伤方面具有一定的作用。即便如此，在肝病中与一氧化碳相关的许多主要生化活动仍不清楚。还迫切需要建立有用的工具来在急性肝损伤期间原位识别肝脏中的内源性CO。

随着光学成像技术的发展，尤其是荧光探针具有制备简单、灵敏度和选择性好、非侵入性以及成像的时间和空间分辨率高等优点，被认为是检测生物体中一氧化碳的首选方法。到目前为止，已经报道了多种优秀的荧光探针在体外和体内选择性地检测一氧化碳。这些探针主要集中在CO诱导的特定反应，包括羰基化或质子化水解、Pd(0)介导的Tsuji-Trost反应、硝基还原和吡啶腙环加成。即便如此，仍有三个主要问题。首先，PALADACYCLE探测器具有疏水性，不利于成像研究。其次，基于Tsuji-Trost反应的探针涉及游离钯盐的外源添加，这种双组分体系的实施更具挑战性。第三，虽然已有几种CO探针被用于检测细胞膜、线粒体、溶酶体中的CO，但针对肝细胞的CO荧光探针仍然很少见。因此，构建具有肝细胞靶向性和足够溶解性的单组分CO探针是非常重要的。

据报道，脱唾液酸糖蛋白受体（ASGPR）由哺乳动物肝细胞和肝组织特异性表达。含有N-乙酰半乳糖胺（GalNAc）和半乳糖（Gal）的信号分子可通过网格蛋白介导的内吞作用直接到达肝细胞。更具体地说，Gal修饰的探针已用于原位监测肝脏中许多信号分子的动态变化，例如NO，H2S，HClO，ONOO−，H2O2，甲醛。然而，目前还没有报道肝细胞靶向荧光探针在急性肝损伤期间可视化CO释放。

本文的工作

图 1

在这里，作者制备了第一个单组分肝细胞靶向荧光CO探针，称为HCP(图 1)。在PBS缓冲溶液中测定了HCP对CO的光谱响应。在HepG2细胞和斑马鱼中进一步评价了HCP对急性肝损伤时内源性CO释放的成像能力。

图 2

HepG2(图 2a)、HeLa(图 2b)、A549(图 2c)和GeS-1(图 2d)与HCP(10 μM)孵育30 min(图 a1-d1)，先与HCP(10 μM)孵育30 min，再与CORM-3(500 μM)孵育30 min(图 a2-d2)。

图 3

图3为使用探针HCP对HepG2细胞内源性CO释放的荧光成像。(a)只用HCP(10 μM)培养细胞；(b)(d)用LPS(1 mg/mL)或APAP(500 μM)预处理细胞12 h，然后用HCP(10 μM)孵育30 min；(c)(e)细胞用ZnPP(10 μM)预处理12 h，再与LPS(1  mg/mL)或APAP(500 μM)孵育12 h，最后用HCP(10 μM)培养30 min。

图 4

斑马鱼肝脏中一氧化碳的荧光成像。(a)斑马鱼用HCP(10 μM)培养1 h。(b)斑马鱼用HCP(10 μM)处理1 h，然后与CORM-3(10 μM)孵育30min。(c)(d)斑马鱼在与HCP(10 μM)孵育1 h之前，先用LPS(1

mg/mL)或APAP(1 mM)预处理24 h。

doi:10.1016/j.snb.2021.130177

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