近日，長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院細(xì)胞化學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)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(jìn)展。相關(guān)研究成果于2022年2月1日在線發(fā)表于化學(xué)學(xué)科國(guó)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(bào)道。

受精及胚胎發(fā)育是生命活動(dòng)的起始，在此過(guò)程中，由受精卵分化出胚胎干細(xì)胞，并逐漸發(fā)育成高度有序的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)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(xì)胞保護(hù)及氧化還原信號(hào)傳導(dǎo)等功能。受精卵及胚胎發(fā)育過(guò)程中H₂S_n濃度的高低及波動(dòng)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(guò)程中，因氧化磷酸化的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中，所產(chǎn)生大量的活性氧分子（ROS），導(dǎo)致胚胎發(fā)育過(guò)程中H₂S_n含量比正常細(xì)胞中的含量低且波動(dòng)較大。因此，受精及胚胎發(fā)育中化學(xué)活性物質(zhì)H₂S_n的靈敏監(jiān)測(cè)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(jì)和合成了H₂S_n刺激響應(yīng)的聚合物膠束載體，通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)和信號(hào)單元標(biāo)記，構(gòu)建了H₂S_n刺激響應(yīng)的熒光納米信標(biāo)。納米信標(biāo)進(jìn)入胚胎細(xì)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(hào)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，且染料可與胞漿蛋白結(jié)合，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)大幅度增強(qiáng)，從而達(dá)到二次信號(hào)放大。聚合物納米信標(biāo)通過(guò)兩次信號(hào)放大模式展現(xiàn)出極高的靈敏度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)胚胎發(fā)育過(guò)程中的H₂S_n進(jìn)行熒光成像。

以斑馬魚(yú)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(jìn)行（2.5 hpf），胚胎中熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，表明H₂S_n濃度升高。但原腸胚期（6 h）后，熒光強(qiáng)度開(kāi)始降低，其中體節(jié)期熒光強(qiáng)度降低至50%，并逐漸達(dá)到平穩(wěn)，H₂S_n在胚胎發(fā)育初期達(dá)到峰值，而后隨著發(fā)育過(guò)程逐漸降低。與已有報(bào)道斑馬魚(yú)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(duì)比，證明了H₂S_n在抗氧化、保護(hù)正常生理發(fā)育等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

圖1：熒光納米信標(biāo)成像胚胎發(fā)育階段H₂S_n濃度波動(dòng)示意圖。

圖2：斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育階段H₂S_n熒光成像圖（左）及熒光強(qiáng)度對(duì)比圖（右）

作者從刺激響應(yīng)性載體、探針裝載、信號(hào)轉(zhuǎn)換、重要活性分子熒光監(jiān)測(cè)開(kāi)展了系統(tǒng)研究，不僅首次通過(guò)原位熒光信號(hào)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(guò)程中H₂S_n的研究開(kāi)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(jìn)納米探針或醫(yī)藥制劑的靶向遞送，促進(jìn)熒光納米探針在分析化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究。

論文第一通訊單位為長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，第一作者為長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院細(xì)胞化學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)際頂級(jí)化學(xué)期刊之一。細(xì)胞化學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聚焦于化學(xué)、生物前沿，力爭(zhēng)在分子水平和納米尺度構(gòu)建光學(xué)探針，發(fā)展生物傳感新原理和新方法，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生化信息的高效獲取，為分析化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科的發(fā)展做出貢獻(xiàn)，對(duì)生理、病理診療研究具有重要科學(xué)研究?jī)r(jià)值和社會(huì)意義。近年來(lái)，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?；瘜W(xué)、生物等學(xué)科在相關(guān)領(lǐng)域的影響力，推動(dòng)了化學(xué)、生物等學(xué)科建設(shè)與發(fā)展，為我校“雙一流”建設(shè)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

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(lái)細(xì)胞化學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室取得的代表性研究進(jìn)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.