一种可同时检测半胱氨酸、同型半胱氨酸和超氧阴离子的荧光探针

氧化还原失衡是癫痫、肝损伤等多种疾病发病的关键因素。当氧化还原稳态被破坏时，活性氧（如超氧阴离子O2•−）会过度积累，引发氧化应激并导致细胞损伤；而半胱氨酸（Cys）、同型半胱氨酸（Hcy）等细胞内硫醇则通过调节抗氧化机制、合成谷胱甘肽等维持氧化还原稳态。实时监测这三种物质对理解疾病机制至关重要。
现有检测方法（如电化学分析、色谱法等）需复杂样品处理，难以实现活体内实时监测。荧光成像技术虽灵敏度高、无创，但现有探针多只能检测一种或两种物质，无法同时区分O2•−、Cys和Hcy。为此，研究人员开发了多功能荧光探针BPC。该探针通过哌嗪基团连接苯并吡喃和香豆素衍生物，设计独特，可通过三种不同的荧光发射信号同时识别Cys、Hcy和O2•−。
BPC具有高灵敏度（检测限达纳摩尔级）、良好选择性（不受谷胱甘肽等常见生物分子干扰）、快速响应（与各物质反应后数分钟内荧光稳定）和pH稳定性，且细胞毒性低。实验表明，BPC能在活细胞（如HeLa、SH-SY5Y、HepG2细胞）中清晰成像内源性和外源性的Cys、Hcy和O2•−。研究团队还设计了线粒体靶向探针BPC和胞质探针BPC-NET，可用于研究亚细胞水平的氧化还原动态。在斑马鱼模型中，BPC也成功实现了这三种物质的在体同时检测，并验证了其特异性和可逆性。
在疾病模型应用中，戊四氮（PTZ）诱导的癫痫细胞及斑马鱼模型显示，Hcy和O2•−水平升高、Cys水平降低；对乙酰氨基酚（APAP）诱导的肝损伤细胞及小鼠肝组织模型则表现为Cys、Hcy减少，O2•−增多。而使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）治疗后，这些物质水平均有明显恢复，说明BPC可有效监测疾病状态下的氧化还原变化及治疗效果。
综上，BPC为氧化还原生物学研究提供了强大工具，有助于深入理解氧化应激相关疾病机制，并在疾病诊断和疗效评估中具有重要应用前景。