近日，長沙理工大學化學化工學院細胞化學湖南省重點實驗室和湖南師范大學化學化工學院合作在刺激響應(yīng)性熒光納米探針的構(gòu)建及生物傳感應(yīng)用方面取得了重要進展。相關(guān)研究成果于2022年2月1日在線發(fā)表于化學學科國際頂刊Angewandte Chemie，入選期刊VIP論文（Very Important Paper），并被期刊官媒作新聞（News）報道。

受精及胚胎發(fā)育是生命活動的起始，在此過程中，由受精卵分化出胚胎干細胞，并逐漸發(fā)育成高度有序的組織結(jié)構(gòu)進而形成器官。H₂S_n作為活性硫分子（RSS）大家族中的一員，具有抗氧化、細胞保護及氧化還原信號傳導等功能。受精卵及胚胎發(fā)育過程中H₂S_n濃度的高低及波動情況，將直接影響的組織結(jié)構(gòu)和器官的形成。但胚胎發(fā)育過程中，因氧化磷酸化的能量轉(zhuǎn)化過程中，所產(chǎn)生大量的活性氧分子（ROS），導致胚胎發(fā)育過程中H₂S_n含量比正常細胞中的含量低且波動較大。因此，受精及胚胎發(fā)育中化學活性物質(zhì)H₂S_n的靈敏監(jiān)測仍然是一挑戰(zhàn)。

作者基于在熒光探針及激活式載體方面的研究基礎(chǔ)，首先設(shè)計和合成了H₂S_n刺激響應(yīng)的聚合物膠束載體，通過信號轉(zhuǎn)換設(shè)計和信號單元標記，構(gòu)建了H₂S_n刺激響應(yīng)的熒光納米信標。納米信標進入胚胎細胞后，其被內(nèi)源性H₂S_n激活后，釋放熒光染料，染料與猝滅劑脫離后熒光信號恢復，實現(xiàn)信號放大，且染料可與胞漿蛋白結(jié)合，進一步實現(xiàn)熒光信號大幅度增強，從而達到二次信號放大。聚合物納米信標通過兩次信號放大模式展現(xiàn)出極高的靈敏度，從而實現(xiàn)對胚胎發(fā)育過程中的H₂S_n進行熒光成像。

以斑馬魚胚胎發(fā)育為模型，發(fā)現(xiàn)受精卵內(nèi)H₂S_n濃度較低，隨著發(fā)育的進行（2.5 hpf），胚胎中熒光強度逐漸增強，表明H₂S_n濃度升高。但原腸胚期（6 h）后，熒光強度開始降低，其中體節(jié)期熒光強度降低至50%，并逐漸達到平穩(wěn)，H₂S_n在胚胎發(fā)育初期達到峰值，而后隨著發(fā)育過程逐漸降低。與已有報道斑馬魚原腸胚期H₂O₂濃度最大而成熟體組織中濃度較低的結(jié)論相對比，證明了H₂S_n在抗氧化、保護正常生理發(fā)育等過程中發(fā)揮重要作用。

圖1：熒光納米信標成像胚胎發(fā)育階段H₂S_n濃度波動示意圖。

圖2：斑馬魚胚胎發(fā)育階段H₂S_n熒光成像圖（左）及熒光強度對比圖（右）

作者從刺激響應(yīng)性載體、探針裝載、信號轉(zhuǎn)換、重要活性分子熒光監(jiān)測開展了系統(tǒng)研究，不僅首次通過原位熒光信號揭示了內(nèi)源性H₂S_n在胚胎發(fā)育階段的濃度變化情況、為多重生理發(fā)育過程中H₂S_n的研究開辟了新的路徑，而且為探針遞送提供了新的刺激響應(yīng)性工具、將促進納米探針或醫(yī)藥制劑的靶向遞送，促進熒光納米探針在分析化學、生物醫(yī)學等領(lǐng)域的研究。

論文第一通訊單位為長沙理工大學化學化工學院，第一作者為長沙理工大學化學化工學院細胞化學湖南省重點實驗室周怡波博士，通訊作者為楊盛、卿志和和楊榮華教授。Angewandte Chemie 創(chuàng)刊于1887年，目前的影響因子為15.3，是國際頂級化學期刊之一。細胞化學湖南省重點實驗室聚焦于化學、生物前沿，力爭在分子水平和納米尺度構(gòu)建光學探針，發(fā)展生物傳感新原理和新方法，實現(xiàn)細胞生化信息的高效獲取，為分析化學、生物醫(yī)學等學科的發(fā)展做出貢獻，對生理、病理診療研究具有重要科學研究價值和社會意義。近年來，在Angewandte Chemie、Analytical Chemstry、Chemical Science等權(quán)威期刊上發(fā)表了一系列研究成果，提高了我校化學、生物等學科在相關(guān)領(lǐng)域的影響力，推動了化學、生物等學科建設(shè)與發(fā)展，為我校“雙一流”建設(shè)做出應(yīng)有貢獻。

論文信息：Yibo Zhou, Zhengxuan Gu, Changhui Liu, Sheng Yang*, Xiaofei Ma, Qiaoshu Chen, Yanli Lei, Ke Quan, Juewen Liu, Zhihe Qing*, Ronghua Yang*. A Polymeric Nanobeacon for Revealing Hydrogen Polysulfides Fluctuation during Fertilization and Embryonic Development. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202114504.

全文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202114504

附：近年來細胞化學湖南省重點實驗室取得的代表性研究進展：

[1]Zhen Zou, Zhihe Qing*, Ronghua Yang*,et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 22970-22976.

[2] Lifang Chen, Shuohui Xing, Zhihe Qing*, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2021,60, 23534-23539.

[3] Fengzhou Xu, Taiping Qing, Zhihe Qing*. Nano Today 2021, 36, 101021-101042.

[4] Zhihe Qing*, Jingyuan Xu, Ronghua Yang*, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11574-11585.

[5] Zhihe Qing, Guoyan Luo, Ronghua Yang*, et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 14044-14048.