能够对复杂的生物网络进行受控扰动的化学物质是对生物信号进行机械评估的有效工具。例如，酶抑制剂可以破坏代谢途径并在细胞水平改变相关分析物。尽管直接补充细胞培养基可以产生所需的效果，但是该策略忽略了表现出高反应活性和较短生物寿命的分析物。为了解决这些局限性，已经设计了基于自发、酶促和光介导活化的多种供体，以掩盖反应性分析物直至其释放。因为光的强度，照射时间和焦点的可调节，所以可光活化的供体可以实现较好的控制性。已经报道了用于活性氧，氮，硫和羰基物质以及金属离子的光活化供体。最近的研究成果使可光活化的供体通过荧光或光声读数具有监测分析物释放的能力。尽管取得了这些进展，但该领域仍存在两个主要空白。首先，没有用于生物醛，例如甲醛（FA）的光活化供体。其次，没有研究利用供体可以内部读数这一独特的监测功能来量化生命系统中分析物的释放。

近期Jefferson Chan教授在《J. Am. Chem. Soc》期刊上发表了题为“A Photoactivatable Formaldehyde Donor with Fluorescence Monitoring Reveals Threshold To Arrest Cell Migration”的研究论文。在这项工作中，作者报告了第一个可光活化的甲醛供体（photoFADs）。经过优化后的可光活化供体photoFAD-3可以监测FA的释放并伴有139倍的荧光增强。经过对光稳定性和细胞滞留性的调节，作者实现了通过细胞裂解物校准对细胞内释放的FA进行定量检测。photoFAD-3的应用也揭示了阻止活细胞伤口愈合所需的浓度范围。

方案1： photoFAD-3的合成。氯化的硅代氧杂蒽酮(1)与N-氯代琥珀酰亚胺生成2，然后加入叔丁基二甲基氯硅烷保护游离的羟基，得到3。依次加入叔丁基锂和1-溴-2-三氟甲基苯，在酸性处理后得到4。最后加入CNBD，以45%的收率获得终产物photoFAD-3。

图1（a）photoFAD系列的化学结构。每个photoFAD都具有一个光不稳定的硝基苄基基团，该基团通过缩醛键与硅黄酮染料连接。（b）光介导的FA释放的机制。烷基化的硅基荧光团由于受到电子推拉系统的干扰，以及来自邻近硝基的供体光致电子转移（d-PeT）猝灭，因此不发光。用光照射诱导光笼的裂解，从而产生不稳定的半缩醛中间体，我们假设该中间体会自发分裂生成FA和相应的染料。

图2（a）2 μM 的4和photoFAD-3的吸收（实线）和发射光谱（虚线）。photoFAD-3的体外表征显示其未激活形式为非荧光性的。（b）0-60 min的光激活后，photoFAD-3的发射光谱和（c）释放动力学曲线。光照60 min后的荧光响应信号强度是0 min的139倍。（d）用4 μM photoFAD-3和4对HEK293细胞进行4和8小时的细胞毒性测定。将细胞活力相对于载体对照标准化。数据表示为平均值±SD（n = 3）。数据显示，photoFAD-3和4在HEK293细胞中没有产生明显的毒性。

图3（a）荧光显微镜和（b）IVIS荧光成像仪对photoFAD-3染色的HEK293细胞在0、5、20、60和180 s光激活后的成像图。比例尺代表100 μm。实验结果与与使用荧光显微镜一致（光活化3分钟后FA浓度增加3.9 μM），表明photoFAD-3在多个成像平台上获得一致结果的实用性。（c）体外细胞裂解物荧光强度与总辐射效率的相关图。（d）体外荧光强度与4的浓度相关图。 数据表示平均值±SD（n = 3）。根据测量结果建立细胞裂解物荧光强度与4的浓度的相关公式，计算出光照180 s后每个细胞内释放了4.0 μM FA。

图4 用5 μM Ctrl-photoFAD-3（光照后仅释放染料和光笼片段）或photoFAD-3处理后HEK293细胞的伤口愈合测定。（a）照射180 s后0和24 h的显微镜图像。比例尺（白色）代表400 μm。Ctrl-photoFAD-3激活时，没有观察到其对伤口愈合的影响。（b）photoFAD-3光照0-180 s后24小时内对伤口愈合宽度的影响。数据表明，光照时间越长，伤口的宽度越宽。（c）24小时后总辐射效率与伤口愈合的相关图。 数据表示为平均值±SD（n = 3）。每个细胞的FA浓度低于2.2 μM不会显着影响恢复，较高的浓度会导致伤口闭合的可能性降低。

本文报道了第一个可光活化的FA供体，该供体能够以高时空分辨率控制和干扰细胞内FA的水平。之前的研究仅在体外进行校正测量，这并不能表明有多少分析物被递送到细胞中。该定量方法很容易与各种仪器兼容完成检测，同时测量出2.2 μM FA的增加足以阻碍HEK293细胞的伤口愈合。作者未来的工作将集中于使用photoFAD-3来研究FA在干细胞衰老中的作用。除了提供研究FA生物学的工具外，设想这项工作将为使用光活化供体确定细胞释放FA的浓度设定新的标准。

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b11899

Jefferson Chan：2006年在哥伦比亚大学获得化学学士学位，并于2011年在西蒙弗雷泽大学获得博士学位。2011年至2014年，作为加州大学伯克利分校的人类前沿科学计划的博士后研究员。 陈教授于2014年任职于伊利诺伊大学香槟分校。

研究兴趣：开发基于小分子和蛋白质的传感器用于非侵入性分子成像；有机合成化学。

课题组主页：https://www.chan-lab.com/