生物硫醇探针综述

一， 前言

半胱氨酸，同型半胱氨酸和还原型谷胱甘肽等生物硫醇在人的生理活动中起着重要的作用，半胱氨酸是谷胱甘肽、乙酰辅酶和牛磺酸的前体，同时它也是生物体硫铁络合物中硫配体的提供者。当人体中的半胱氨酸水平异常时会引起生长缓慢，毛发色素脱色，水肿，嗜睡，肝功能损伤，肌肉松弛和肥胖，皮肤松弛，身体虚弱等症状。在人体中同型半胱氨酸浓度过高有可能引起心血管病和阿尔茨海默氏病，同型半胱氨酸在血浆中的总浓度又与某些先天性疾病和老年认知障碍有关。细胞内最多的非蛋白巯基谷胱甘肽，在维持细胞生理功能中起着重要作用，包括细胞内的氧化还原反应，异物代谢，细胞内的信号传导与基因调控。更具体地说，谷胱甘肽是细胞内最多的小分子生物硫醇（1-10 mM），并且还原型谷胱甘肽与氧化型谷胱甘肽之间存在着一个氧化还原平衡。研究发现，还原型谷胱甘肽在细胞的生长，和维持细胞正常功能的氧化还原平衡上起着关键的作用。此外，如果它在人体中浓度异常，这又会与癌症、阿尔茨海默氏症和心血管等疾病有关。因此，生物和环境样品中生物分子硫醇的检测始终吸引着科学家们极大的兴趣。

当前，经典地检测小分子生物硫醇的方法——电化学检测法与高效液相色谱法。然而这些方法只能检测生物硫醇的总量，并且需要大量的样品才能检测准确。因此，方便廉价、能够定性定量分析生物硫醇，并且可以对生物样品进行实时检测的方法非常重要。

在众多检测生物硫醇的方法中，光学技术中的荧光分析与比色法是被证明最方便的。尤其是荧光分析法，这种分析法具有操作简单、检测线低和易于操作等优点。荧光探针最大的优点就是能够监测细胞内的分析物，有了这个目标，在过去的几十年中，我们才能一直致力于研究生物硫醇荧光探针和比色传感器的发展。

众多的生物硫醇光学探针，主要是利用了生物硫醇强大的亲核性，和与金属离子的高络合能力来检测生物硫醇分子。今年以来，基于硫醇高选择性反应所设计的探针可以在生物和自然环境中定量的检测生物硫醇。自从Sippel报道了

N-(4-(7-二乙氨基-4-甲基香豆素-3-基)苯基)马来酰亚胺利用硫醇与马来酰亚胺片段发生加成反应，作为第一个来检测硫醇小分子的探针以来，现在小分子生物硫醇探针的设计与合成已经取得了巨大成就。在2010年，我们已经发表了一篇有关从生物硫醇分子探针出现，到2009年为止的生物硫醇分子探针发展的综述。从那时起，有关这个领域的报道巨量涌现。

在这篇综述中，基于探针与生物硫醇分子的反应机理，我们把生物硫醇分子荧光探针与比色探针进行了归类。它们主要分为：迈克尔加成反应，醛的环加成反应，共轭加成环化反应，磺酰胺与磺酸酯的裂解反应，巯基卤素的亲核取代反应，二硫键交换反应，NCL反应，金属络合物的位移协调反应，纳米材料有关反应和以DNA为基础的化学传感器。因此，在本综述中，我们对生物硫醇小分子探针的设计合成与应用进行了一般性概述。 二， 比色与荧光法检测小分子生物硫醇

1，基于生物硫醇分子发生迈克尔加成反应的探针

α,β-不饱和化合物的羰基片段被被广泛用于巯基的亲核加成反应。在1970年，Kanaoka做了个开创性工作，即成对利用马来酰亚胺与巯基发生亲电性反应设计成检测小分子生物硫醇化学剂量计。

近来，Kand课题组报道了，基于喹啉吡喃衍生物为荧光基团的荧光探针来检测小分子生物硫醇。在DMSO-HEPES缓冲液中(10 mM, pH 7.4, 1 : 99, v/v)，当半胱氨酸与荧光探针中的马来酰亚胺片段发生迈克尔加成反应时，探针1的荧光强度增强了223倍。探针1与小分子生物硫醇浓度可以很好地构成线性关系，尤其是还原型谷胱甘肽的最低检测线为1.48×10-8 M。还可以把探针1用于MDA-MB231细胞来检测细胞内的生物硫醇。

Jung 等人合成了以香豆素为荧光基团的探针2，利用迈克尔加成反应机理的探针2，可以很好的把半胱氨酸从其他氨基酸、谷胱甘肽、同型半胱氨酸区分开