健康的生態(tài)環(huán)境是人類生存發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，環(huán)境受到破壞將危害人類健康。生物細(xì)胞內(nèi)活性硫物種在調(diào)節(jié)環(huán)境和人體平衡方面起著重要的作用。“活性硫物種”是含硫生物分子的集合名詞，該類分子作為硫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵位點(diǎn)，在生命體的生理和病理過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。硫化氫（H2S）作為活性硫物種家族的一員，其對環(huán)境的毒性和毒害影響幾個(gè)世紀(jì)以來備受研究人員的廣泛關(guān)注。然而，近來有關(guān)生命體的內(nèi)源性H2S的研究發(fā)現(xiàn)，H2S是繼一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）之后的第三個(gè)具有生物活性的氣體，被稱為“氣體遞質(zhì)”或“氣體介體”。目前的研究普遍認(rèn)為H2S是硫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，但是又有新的研究表明，在硫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，實(shí)際轉(zhuǎn)導(dǎo)分子是H2S直接轉(zhuǎn)化的硫烷硫（RSSnSH/RSSnSR），而不是H2S。眾所周知，高濃度的H2S具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性，而硫烷硫的細(xì)胞毒性很低。在細(xì)胞氧化還原信號(hào)過程中，活性氧物種的爆發(fā)和硫烷硫的產(chǎn)生都是在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，其中半胱氨酸參與的氧化還原過程獨(dú)立于谷胱甘肽的抗氧化系統(tǒng)之外。由于缺乏直接的檢測工具，檢測活性氧物種的爆發(fā)和活性硫的實(shí)時(shí)生理作用受到了挑戰(zhàn)。與其他生物檢測技術(shù)相比，熒光生物成像技術(shù)已成為檢測細(xì)胞內(nèi)活性物種的強(qiáng)有力工具。該技術(shù)具有很多優(yōu)勢，如高時(shí)空分辨率、非侵入性、靈敏度高、選擇性好、快速反應(yīng)等，尤其是近紅外熒光能夠?qū)崿F(xiàn)最大化生物樣品穿透和避免背景熒光信號(hào)的干擾。
中科院煙臺(tái)海岸帶研究所陳令新研究員帶領(lǐng)的“環(huán)境分析監(jiān)測理論與工程技術(shù)”研究團(tuán)隊(duì)，立足“環(huán)境—健康”效應(yīng)研究，積極布局生物熒光檢測的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，取得了聯(lián)動(dòng)檢測環(huán)境脅迫下活性氧物種參與下的活性硫物種交互響應(yīng)的系列突破。研究人員設(shè)計(jì)并合成了一系列多響應(yīng)近紅外熒光探針（HCy-FN、Mito-ss和Cy-NB等），利用多通道熒光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了原位、實(shí)時(shí)檢測細(xì)胞內(nèi)活性氧物種的爆發(fā)和活性硫物種的交互響應(yīng)。激光共焦顯微成像結(jié)果證實(shí)了該探針可以原位實(shí)時(shí)檢測細(xì)胞線粒體內(nèi)和活體小鼠內(nèi)的活性氧物種的爆發(fā)和活性硫物種的交互變化，流式細(xì)胞儀分析進(jìn)一步證實(shí)了成像結(jié)果。這些研究成果表明，所開發(fā)的多響應(yīng)探針能夠作為直接的檢測工具，用于檢測活細(xì)胞和活體小鼠內(nèi)活性氧物種的爆發(fā)和活性硫物種的變化，從而實(shí)現(xiàn)了在分子、細(xì)胞和活體三個(gè)層次上對活性氧物種和活性硫物種進(jìn)行原位、動(dòng)態(tài)的熒光成像分析。該研究不僅對闡明細(xì)胞內(nèi)活性氧和活性硫關(guān)聯(lián)生成機(jī)制具有重要意義，還可望為活性硫作為真正的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。
相關(guān)最新研究成果陸續(xù)發(fā)表在：Biomaterials(2015,63,93?101, IF=8.557)；Analytical Chemistry(2015,87,3631?3638, IF=5.636)；Biosensors & Bioelectronics(2015,74,156–164, IF =6.409)等期刊上。
雙響應(yīng)近紅外熒光探針及其成像
