基于荧光素衍生物的金离子探针的合成及应用文献综述

 2021-09-25 01:09

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文 献 综 述

金属离子广泛存在于组织细胞和体液中,与人们的健康息息相关,在人体的生理和病理中均发挥着十分重要的作用。金属离子的浓度必须精确控制在一定的范围内,某些离子浓度的微弱变化都将引发人体的疾病。细胞是生命活动的基本单位, 因此研究各种金属离子对生物体的影响, 通过对活体细胞内金属离子的荧光显微成像进行细胞内离子的可视化定量和定性分析引起了人们的极大关注。就近年来人们对识别细胞内金属离子的有机荧光探针与细胞成像研究领域的进展进行了评述。

由于细胞是生命活动的基本单位, 是一切有机生命体构成的基础单元,细胞研究是所有基于生命科学研究的出发点, 因此要研究各种离子对生物体的影响, 非常必要的一步就是活体细胞内离子的在线可视化实时监测。

荧光显微成像技术是一种可以实现在线可视化实时检测细胞内离子的方法,此种方法较之其他手段不仅具有方法简便、 灵敏度高、 选择性好以及响应速度快等优点, 更主要的是可以在不杀死细胞的情况下观察活体细胞, 保持了细胞中最完整最真实的信息,使其成为最适合进行生物细胞内离子定量测定和定性分析的研究手段。同时,荧光显微镜还能通过观察细胞内特定位置的荧光确定被识别离子在细胞内的分布和动态变化, 进行生物分子或亚细胞结构的细胞定位和动力学研究。因此近年来有关在传统的主体分子上修饰荧光团构造的超分子荧光传感器用于识别细胞内金属离子的研究颇受重视,很多针对细胞内金属离子识别的特异性荧光探针陆续被开发出来。本文就近年来对多种金属离子的细胞内荧光识别与成像( 主要为有机分子荧光探针) 研究进展展开评述。

金属离子中的钙、镁、锌、铜等离子是生命必需的元素,维持着蛋白质、核酸和酶等生物大分子的基本结构,协同完成催化或者调节功能, 影响着生物体的正常新陈代谢。而有些金属离子如镉、汞和铅等是潜在的毒素,这些金属离子的浓度必须精确控制在一定的范围内, 任何浓度的微弱升高都将引发人体的疾病; 例如Hg2 及其转化成的有机汞超过一定界限后可对人的神经系统、 消化系统和内分泌系统造成严重损害。

Mg2 离子是细胞内含量最多的二价阳离子,在许多生理过程中都起着决定性的作用,比如细胞的扩散和凋亡DNA的合成控制蛋白质的磷酸化以及能量的传递等。因此,体内Mg2 离子含量的变化会影响细胞的新陈代谢和细胞的正常功能,威胁人们的健康和生命,设计能够在细胞内检测Mg2 离子浓度的荧光探针也就成为了一项重要课题。

钙离子被称为细胞内的第二信使, 通过与一种蛋白质结合生成钙调素来激活多种蛋白激酶蛋白水解酶和核酸酶,从而参与包括新陈代谢 生命周期等多种细胞功能的调节,是有机体内非常重要的金属元素, 而这些功能的实现很大程度上都依赖于Ca2 离子的浓度,超出正常的浓度范围就很可能引起上述功能的紊乱。Ca2 离子的荧光探针发展较为迅速。其中有较为熟悉的钙调素荧光探针以及可以商业化生产的 Fura-2 和Fluo-3等。

锌是生物体内必不可少的元素之一, 生物体内大约有300 种酶都含有一定浓度的锌离子,且在各个组织中的浓度差别很大 在细胞质中, 锌的浓度大约在10-9mol/L,而在大脑胰腺及生殖系统中,锌的浓度可以达到10-3mol/L以上。锌的过量和不足都会给人体造成伤害, 缺锌会影响核酸及蛋白质的合成,导致生长迟缓,智力衰退,过量的锌可引起中毒锌离子浓度的变化可以有效地指示疾病, 给临床诊断提供重要参数; 如在某些乳腺癌病人的体内,锌离子的含量就比正常值高出 72%左右基于锌离子对生命体有如此重要的作用,针对细胞内锌离子的荧光

检测探针也是不断更新,主要有喹啉类席夫碱罗丹明内酰胺类 荧光素衍生物以及其他对锌离子有识别作用的一些探针。

2000 年,Grant 等发现 4-( 2-吡啶) 乙二胺衍生化的荧光素( 22) 可以穿透细胞膜,识别细胞内的 Zn2 离子而且,探针22是最早可以调节结合比和光学特性的荧光探针,被用于神经系统内锌离子的检测 且用可见光就可以激发探22而发射很强的荧光,这与激光共聚焦显微镜的激发波长(488 nm)相互重叠,从而给显微照相提供了很大的便利。Komatsu 等合成了一系列 Zn2 离子荧光探针23~28,这些化合物荧光特性相似,对 Zn2 均有较好的选择性,区别在于与Zn2 的结合常数有所不同 探针可以在大浓度范围内检测细胞内的 Zn2 离子,文章同时揭示了识别的动力学过程,对生物体内探针的分布状况也进行了研究。

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