山 东 化 工
收稿日期：２０２０－０５－０３
作者简介：毕雪源（１９９２—），女，黑龙江齐齐哈尔人，从事小分子荧光探针研究；通信作者：查晓明（１９８０—），江苏常熟人，中国药科大学副研究员，博士生导师，主要从事药物合成及抗肿瘤药物研究。
基于硼酸及硼酸酯的细胞器靶向过氧化氢荧光探针的研究进展
毕雪源 ，查晓明
（中国药科大学工学院，江苏南京 ２１１１９８）
摘要：过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）是活性氧（ｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ，ＲＯＳ）的重要组成部分，是氧代谢的重要产物，与许多生物过程有关。但是，Ｈ２Ｏ２的异常产生与许多疾病密bounce
切相关，例如细胞损伤、炎症疾病和癌症。为了更好地了解Ｈ２Ｏ２在亚细胞水平上的作用，科研工作者已经开发了许多Ｈ２Ｏ２荧光探针，用于在不同细胞器中对Ｈ２Ｏ２进行成像。硼酸盐由于对Ｈ２Ｏ２的高选择性和敏感性而被用作Ｈ２Ｏ２的识别基团。综述中重点介绍基于硼酸盐与线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体和细胞核靶向能力的Ｈ２Ｏ２荧光探针的代表性实例。包含其分子结构、细胞器靶向设计策略、荧光行为及其生物学应用。
关键词：过氧化氢；荧光探针；线粒体靶向；内质网靶向；溶酶体靶向；高尔基体靶向；细胞核靶向
中图分类号：Ｒ９１４；Ｏ６５７．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）１４－００６４－０６
ＲｅｃｅｎｔＡｄｖａｎｃｅｓｏｆＯｒｇａｎｅｌｌｅＴａｒｇｅｔａｂｌｅＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＰｒｏｂｅｓ
ＢａｓｅｄｏｎＢｏｒｉｃＡｃｉｄ／ｂｏｒｏｎａｔｅｆｏｒｔｈｅＤｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＨｙｄｒｏｇｅｎＰｅｒｏｘｉｄｅ
topsailＢｉＸｕｅｙｕａｎ ，ＺｈａＸｉａｏｍｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＵｎｉｖ
ｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１９８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅ（Ｈ２Ｏ２
），ａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｍｅｍｂｅｒｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ（ＲＯＳ），ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｄｕｃｔｏｆｏｘｙｇｅｎｍｅｔａｂｏｌｉｓｍａｎｄｉｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｍａｎｙｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｂｎｏｒｍａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＨ２Ｏ２
ｉｓｃｌｏｓｅｌｙａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｍａｎｙｄｉｓｅａｓｅｓｓｕｃｈａｓｃｅｌｌｄａｍａｇｅ，ｉｎｆｌａｍｍａｔｏｒｙｄｉｓｅａｓｅ，ａｎｄｃａｎｃｅｒ．ＴｏｂｅｔｔｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆＨ２Ｏ２ａｔｓｕｂｃｅｌｌｕｌａｒｌｅｖｅｌｓ，ｖａｒｉｅｔｙｏｆｓｍａｌｌ－ｍｏｌｅｃｕｌｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｏｆＨ２Ｏ２ｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｉｍａｇｉｎｇｏｆＨ２Ｏ２ｉ
ｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｒｇａｎｅｌｌｅｓ．Ｂｏｒｉｃａｃｉｄ／ｂｏｒｏｎａｔｅｉｓｕｓｅｄａｓａｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｇｒｏｕｐｆｏｒＨ２Ｏ２ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｈｉｇｈｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏＨ２Ｏ２
．Ｉｎｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗ，ｗｅｈｉｇｈｌｉｇｈｔｔｈｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｃａｓｅｓｏｆＨ２Ｏ２ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓｂａｓｅｄｏｎｂｏｒｉｃａｃｉｄ／ｂｏｒｏｎａｔｅｗｉｔｈｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａ，ＥＲ（ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍ），ｌｙｓｏｓｏｍｅｓ，Ｇｏｌｇｉａｎｄｎｕｃｌｅｉ－ｔａｒｇｅｔａｂｌｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｒｅｖｉｅｗｃｏｎｔａｉｎｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｏｒｇａｎｅｌｌｅｔａｒｇｅｔｄｅｓｉｇｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｂｅｈａｖｉｏｒａｎｄｂｉｏｌｏｇｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｅｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｐｒｏｂｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｇｅｎｐｅｒｏｘｉｄｅ；ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｐｒｏｂｅｓ；ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｔａｒｇｅｔ；ＥＲｔａｒｇｅｔ；ｌｙｓｏｓｏｍｅｓｔａｒｇｅｔ；ｇｏｌｇｉｔａｒｇｅｔ；ｎｕｃｌｅｉｔａｒｇｅｔ 在含氧代谢过程中，需氧生物产生各种活性氧（ＲＯＳ，
ｒｅａｃｔｉｖｅｏｘｙｇｅｎｓｐｅｃｉｅｓ）。活性氧包括超氧化物（Ｏ２·－opti
）
、臭氧（Ｏ３）、脂质过氧自由基（ＲＯＯ·）、单线态氧（１Ｏ２
）、次溴酸／次溴酸盐（
ＨＯＢｒ／ＢｒＯ－）、次氯酸／次氯酸盐（ＨＯＣｌ／ＣｌＯ－）、一氧化氮（ＮＯ）、羟基自由基（·ＯＨ），过氧亚硝酸盐（ＯＮＯＯ－
）、
priority过氧化氢（Ｈ２Ｏ２）等［１－３］
。Ｈ２Ｏ２是最重要的活性氧家族之一，对许多生理和病理过程具有重要的调节作用，包括细胞信号传导，调节细胞增殖，免疫防御机制，细胞凋亡，迁移和分化等过程［４－１２］
。在细胞中，Ｈ２Ｏ２主要是通过激活烟酰胺腺嘌呤二核
苷酸磷酸（
ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅａｄｅｎｉｎｅｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＮＡＤＰＨ）氧化酶复合物在线粒体中产生的，但也源自内质网（ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃ
ｒｅｔｉｃｕｌｕｍ，ＥＲ）和各种氧化酶［１３－１６］
。重要的是，细胞内不同浓度的Ｈ２Ｏ２会极大地影响其生物学功能。通常情况下，
健康细胞中Ｈ２Ｏ２的生理浓度范围为１到１０５ｎＭ［１７］。Ｈ２Ｏ２的过量积累可能对身体有害，从而导致一系列疾病，例如癌症，炎症和细
胞损伤［１８－２０］
片假名翻译。低生理浓度的Ｈ２Ｏ２可以触发细胞凋亡并促进氧化应激。Ｈ２Ｏ２在生物系统中起着不可或缺的作用
weightwatchers
［２１］
。因此，有必要开发有效的方法来灵敏地检测各种条件下Ｈ２Ｏ２的
浓度和分布。
最近，已经报道了许多检测Ｈ２Ｏ２的方法，包括荧光标记法、电化学传感器、分光光度法、化学发光法、滴定法、色谱法、
光检测法［
yytc２２－２８］
。
paranoia其中，荧光标记法具有更多的优点，包括优异的选择性、良好的灵敏度、方便的应用、低成本、实时和可视化的特点。因此，研究人员将注意力集中在开发用于对人类健康和临床前诊断进行Ｈ２Ｏ２成像的荧光探针上。近来，
许多基于芳基硼酸酯或苯基硼酸氧化反应的荧光探针已被设计用来监测活细胞和组织中的Ｈ２Ｏ２，因为它们对Ｈ２Ｏ２的选择性性高于其他ＲＯＳ。早在１９５７年，就在水溶液中研究了Ｈ２Ｏ２对芳基硼酸的传感机制（图１）。亲核的Ｈ２Ｏ２进攻亲电的芳基硼酸酯形成不稳定的中间体，该中间体水解后可定量生成苯酚和硼酸［２９］待遇英文
。由于Ｈ２Ｏ２的功能在很大程度上取决于亚细胞区室。
号码的英文
考虑到这些需求，设计并合成了一些具有细胞器靶向能力的Ｈ２Ｏ２
荧光探针。
图１ 基于芳基硼酸酯官能团的荧光探针对Ｈ２Ｏ２的识别机理
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４６·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０２０年第４９卷
