分享一篇2023年发表在Chem. Soc. Rev.上的综述文章，题目是“Recent progress in the development of fluorescent probes for imaging pathological oxidative stress”。文章的通讯作者为北京化工大学的王卓教授和英国巴斯大学的Tony D. James教授。
图1. 氧化应激和相关病理作用的示意图
氧化还原过程几乎涵盖了从生物新陈代谢基本过程，因此氧化还原稳态对于保证身体健康非常重要。然而，过量的氧化剂会破坏生物分子（如脱氧核糖、核酸、蛋白质、脂质等），造成氧化损伤和信号干扰，可能诱发严重疾病（图1）。已有研究证明氧化应激与炎症、神经退行性疾病和癌症等多种疾病的病理过程密切相关。但是由于有机体中ROS、RNS和RSS的寿命短、反应性高，因此无法更深入地研究其与疾病之间的联系。基于荧光的成像技术，能结合共焦成像、双光子成像和体内成像进行研究，提供细胞和动物的无创、实时、高分辨率图像，因此被广泛应用于该领域研究。
图2. 可产生ROS、RNS和RSS的各种酶促和非酶促过程，以及它们之间的相互作用
生物体正常的生理活动或外界刺激都会诱发自由基的产生，自由基是一种高度活跃的分子（图2）。在这篇文章中，作者总结了过去六年发表的用于生物医学研究的代表性氧化应激荧光探针。根据不同的病理模型，这些探针分为三类：（i）双响应荧光探针，用于监测细胞内相关活性物质的通量；（ii）用于病理过程中氧化应激成像的荧光探针，包括炎症和器官损伤的可视化，以及药物毒性和外科手术安全性的评估；(iii)用于氧化应激相关疾病模型中氧化应激成像的荧光探针，涉及病理学研究、药物筛选和治疗效果评估。还介绍了氧化应激与炎症、器官损伤、阿尔茨海默病、帕金森病、癫痫、抑郁症、糖尿病和癌症之间的联系。同时，概述了荧光探针的设计理念、基本运行条件和未来的发展方向。
图3. 荧光探针的(a) 锁钥匙机制和 (b) 基于化学反应（基于活性）的机制的示意图
作者首先介绍了荧光探针可以利用弱分子相互作用或化学反应来检测目标化合物。分子荧光探针通常由三部分组成：荧光团、接头和识别基团。就识别机制而言，大多数ROS和RNS分子物理尺寸相似，且大多具有寿命短、浓度低、在生物系统中反应活性高的特点。因此，基于化学反应的荧光探针是氧化应激实时成像的理想工具（图3（a、b））。使用的传感机制主要包括光诱导电子转移、分子内电荷转移、荧光共振能量转移、激发态分子内质子转移和聚集诱导发射。随后概述了常规氧化应激荧光探针的基本结构和设计思路，以及需要警惕的问题。此外，还全面介绍了近六年来报道的各种用于检测细胞中ROS、RNS和RSS、病理生理过程和疾病模型的荧光探针，总结了与大多数荧光探针相关的一些常见问题，主要分为以下几类：1. 活体荧光成像深度有限。2. 使用单一荧光探针进行多物种检测仍然是一个挑战。3. 大多数荧光探针不能针对特定的疾病区域。4. 目前的探针作为生物成像的工具，不适合深入的生物医学应用。最后作者表示尽管荧光探针在氧化应激标志物检测领域取得了进步，但距离常规临床疾病的诊断和监测还有很长的路要走。
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