分享一篇2022年发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，题目是“ De Novo Construction of Fluorophores via CO Insertion-Initiated Lactamization: A Chemical Strategy toward Highly Sensitive and Highly Selective Turn-On Fluorescent Probes for Carbon Monoxide”。文章的通讯作者为乔治亚州立大学化学系和诊断与治疗中心Binghe Wang教授。

CO的生理和药理作用已经有了广泛的研究。CO在正常生理条件下主要通过血红素加氧酶介导的血红素降解在人体内内源性产生，在血液中的浓度在中微摩尔范围。CO具有抗炎和保护细胞和器官的作用。例如，它在脂多糖诱导的炎症缺血再灌注损伤和化学和横纹肌溶解诱导的器官损伤中提供保护。但目前缺乏灵敏和选择性地测定其在血液和各种组织中的浓度的简便方法。

基于反应的荧光探针的设计主要有两种策略。一种是将过渡金属(如Pd)合并到荧光团中，导致荧光猝灭。通过与CO的反应，钯通过钯介导的羰基化反应或质子解反应被去除。另一种策略是使用烯丙基来封闭荧光团，通过由Pd(II)和CO生成的Pd(0)介导的Tsuji Trost反应去除荧光团。然而，根据传感机制的不同，报道的探针在信噪比(SNR)、特异性和对CO的敏感性方面存在局限性。这篇文章，作者不使用基于CO的去猝灭或去笼化化学，而是使用CO作为从头构建荧光团的基石，从而在传感和消除背景荧光方面具有排他性。该设计利用了钯介导的CO羰基化反应，随后是自发的内酰胺化反应，以使CO在原位自发构建所需的荧光团。以邻苯二甲酰亚胺和萘酰亚胺荧光团为例对概念进行了验证。

首先，用CO气体在顶空瓶中孵育探针，导致荧光开启与CO量呈线性关系（图1 A,B）。由于探针的完全无荧光特性，因此可以在较宽的浓度范围内通过增加探针浓度来提高信噪比(图1 C)。在选择性方面，该设计允许对CO的特异性检测，与其他基于钯的探针相比，显示出优越的选择性。当硫醇、过硫化物、过氧化物和NO₂等存在时，没有检测到荧光变化(图1 D)。此外，苯环和钯配体的取代对CO插入反应有复杂的影响, CO传感动力学参数通常发生在13.8 – 220.6 M^-1s^-1范围内(图1 E)。

接下来，利用该系列探针对血液和细胞培养中CO进行相对定量。通过直接将探针与用CO血氧计预先测定的不同COHb（一氧化碳血红素）饱和度的血液样本在10 mM的浓度下孵育，荧光强度与COHb水平之间建立了良好的相关性（图2 A, B）。小鼠口服CO前药后通过该探针测定的COHb与血氧计测得的COHb非常一致（图2 C, D）。此外，该探针实现了活细胞培养物中内源性和外源性CO的相对定量（图2 E, F）。

为了实现组织和细胞培养样品中CO绝对含量的测定，在CO含量为10 - 100ppm 的CO标准校准气体中，构建绝对定量标准曲线（图3 A）。并对小鼠肝肾组织样品中的CO进行绝对定量，与气相色谱定量研究方法得到的测定结果无统计学差异（图3 B,C）。随后，探针被于确定细胞培养中的CO浓度。用250ppm CO气体或CO前药CO-111 (50 μM)处理HeLa细胞2小时后，CO浓度分别从25 pmol/10⁶细胞大幅增加到92 pmol/10⁶细胞和203 pmol/10⁶细胞（图3 D）。基于以上结论，该系列探针可用于以半定量和定量的方式测定细胞培养物、血液和组织中的CO浓度，具有良好的重现性和准确性。

最后，作者将萘酰亚胺系列探针用于活细胞CO成像。对照组（图4A）的低背景荧光再次证明了基于从头构造的荧光开启策略的优势。同时实现了活细胞内源性和外源性CO的成像（图4 B,C,D, E）。

综上所述，作者开发了一种全新的荧光团构建方法来设计CO探针，具有三个关键优势: (1)探针完全黑暗，允许优越的灵敏度，高信噪比和宽的CO测定线性范围; (2)硫醇脱除导致在预期激发波长无荧光响应，防止假阳性响应; (3)只有CO插入才允许构建荧光团，从而允许对CO进行独家检测。这些特征使我们能够首次应用CODP-102、-103和-106来定量细胞培养、血液和组织样本中的CO。