Page 52 - 《精细化工》2022年第9期

·1770· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

A. oryzae β-Gal 更适合被用作人源性 β-Gal 探针体外 卵巢癌细胞 β-Gal 的荧光探针 KSA01 和 KSA02（图
实验的替代酶。LI 等 [11] 构建了 2-(2'-羟苯基)苯并噻 2c）。探针 KSA01 和 KSA02 响应 β-Gal 催化释放 β-D-
唑探针骨架 KSL，合成了用于人源性 β-Gal 检测的 半乳糖，恢复 ICT 体系（生成 KSAP1 和 KSAP2）
荧光探针 KSL11（图 2b）。KSL11 响应人源性 β-Gal 的同时，能够发射荧光。因探针骨架 KSA 上通过季
催化释放半乳糖后，探针 2-(2'-羟苯基)苯并噻唑 铵盐反应修饰的羧基质子化能力不同，KSA 染料响
（HBT）骨架产生激发态分子内电子转移（ESIPT）。 应 pH 变化的能力存在差异（pK a, KSAP1 =5.8，pK a,
ESIPT 是一种光异构化现象，通过烯醇（E）与酮（K） KSAP2 =6.2）。质子化 KSAP1 和 KSAP2 发射绿色荧光，
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光互变异构过程实现四级光循环（E→E →K →K）。 而非质子化 KSAP1 和 KSAP2 发射红色荧光。因此，
ESIPT 荧光团在基态时通常以顺式烯醇（E）形式存 监测 KSAP1 和 KSAP2 比例荧光强度（红光/绿光）
在，形成分子内氢键。在光激发下，烯醇形式以单 的大小，可以对溶酶体 pH 进行准确表征。由于分
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重激发态（E ）存在，ESIPT 荧光团电子重新分配， 子的 pK a 不同，探针 KSAP1 和 KSAP2 能够在不同
质子供体的酸性和受体的碱性增强。质子转移反应 酸度范围内对 pH 的变化产生灵敏响应。探针 KSA02
（从质子供体到受体）沿着激发态势能表面通过分 在衰老细胞溶酶体（pH 较高）中响应 SA-β-Gal 催
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子内氢键快速发生，导致烯醇式的单重激发态（E ） 化释放红色荧光，而在卵巢癌 SKO-V3 细胞溶酶体
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迅速转变为激发态酮式（K ）互变异构体。当辐射 （pH 较低）中响应 β-Gal 催化发射绿色荧光，通过
跃迁回到电子基态后，K 发生反向质子转移（RPT） 分析、比较 KSA02 比例荧光强度的大小，能够对衰
产生最初的 E 型结构。其中，2-(2'-羟苯基)苯并咪 老细胞和卵巢癌相关 β-Gal 进行准确区分和检测。
唑（HBI）、2-(2'-羟苯基)苯并唑（HBO）和 HBT 1.2 检测 β-Gal 苯并吡喃腈 ICT 荧光探针
是最为常见的 ESIPT 荧光团。光激活 HBT 诱导酚羟 苯并吡喃腈（DCMB）是具有高荧光量子产率
基质子与氮原子成键形成胺基，引发电子重排，从 和光稳定性的近红外荧光染料 [16,27] 。苯并吡喃腈是
而生成酮式结构。ESIPT 发生后，胺基与氧之间氢 典型 D-π-A 分子体系，具有 ICT 荧光效应。调节苯
键的形成阻止了苯并噻唑的旋转，激发态 HBT 不 并吡喃腈 2 位取代基的给电子能力，可以调控苯并
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再通过非辐射跃迁途径释放能量，荧光得以释放。 吡喃腈吸收和荧光发射波长。GU 等 报道了一例
同时，探针骨架 5'位修饰的吸电子基团促进分子 β-Gal 激活型近红外比率荧光探针 DCM-βGal（图
ICT 体系形成，实现对 β-Gal 的近红外荧光检测。 3a）。绿色荧光探针 DCM-βGal 响应 β-Gal 催化后糖
–
综上，KSL11 荧光探针综合应用 ICT 和 ESIPT 二 苷键断裂，形成 DCM-O 并发射近红外荧光，不但
维检测机理首次实现了对 β-Gal 的种属选择，提高 实现了对体外 β-Gal 浓度的比例荧光检测，同时可
了检测人源性 β-Gal 活性的可靠性，同时为人源性 以对高表达 β-Gal 的小鼠肿瘤部位进行实时近红外
β-Gal 相关生理、病理过程的发生、发展提供了有 荧光成像。
效的评估工具。 YUE 等 [28] 通过 4-羟基-3-硝基苯连接 DCM-NH 2
人细胞中表达的 β-Gal 由 GLB1 基因编辑，并 和 β-D-半乳糖合成了 β-Gal 激活型近红外荧光探针
在衰老细胞和原发性卵巢癌等肿瘤细胞溶酶体中过 DCMCA-βGal（图 3b）。β-Gal 催化探针 DCMCA-βGal
表达 [22-23] 。细胞溶酶体 V-ATP 酶活力随着衰老进程 反应前，酰胺键的形成抑制了 DCM-NH 2 荧光团氨
的逐渐减弱，衰老细胞的溶酶体 pH 高于正常细胞 基的给电子能力；β-Gal 催化后，探针糖苷键断裂诱
溶酶体 pH [24-25] 。与衰老细胞不同的是，癌细胞溶酶 导 4-羟基-3-硝基苯自消除，生成 ICT 荧光化合物
体 pH 低于正常细胞 [26] 。因此，合成具有 pH 响应能 DCM-NH 2 ，实现了近红外荧光的“关-开”。探针
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力的 β-Gal 探针有望对衰老细胞和卵巢癌相关 β-Gal DCMCA-βGal（DL=1.26×10 U/mL）能够对 lacZ
进行分类识别。GAO 等 [12] 首次提出了 β-Gal-pH 二 转染的 293T 细胞、SKOV-3 卵巢癌细胞和小鼠肿瘤
维响应策略，构建了能够区分衰老细胞 SA-β-Gal 和 中 β-Gal 的活性进行动态研究。

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图 3 探针 DCM-βGal（a） 和 DCMCA-βGal（b） [28] 分子结构及对 β-Gal 的传感机理
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Fig. 3 Molecular structures and β-Gal sensing mechanisms of DCM-βGal (a) and DCMCA-βGal (b) [28]