在细胞的呼吸作用中，氧气的不完全还原会导致活性氧成分（ROS）的产生。这些ROS与人体的氧化应激、信号传导机制息息相关。尤其是过氧化氢（H2O2）分子，作为一种较为稳定的ROS，H2O2能够跨越细胞膜，调控细胞分裂分化、免疫系统激活、损伤修复、细胞自噬、炎症反应与细胞凋亡等等。近期研究表明高剂量维生素C可以促进体内H2O2的产生，从而激化某些肿瘤细胞，使其对放疗更加敏感；而在治疗缺血再灌注损伤时，消除脑部过量产生的H2O2可以降低炎症反应，改善病人预后。因此H2O2的活体实时监测，对于开发基于H2O2的新诊断与新治疗至关重要。

基于荧光分子探针具有高灵敏度、高选择性和高生物相容性等突出优点，科学家们开发了多种H2O2荧光分子探针，用于细胞成像、组织切片成像，乃至透明斑马鱼活体成像。然而，荧光分子探针需要激光激发才能成像，在实际应用中导致了不可避免的活体自体荧光干扰和光子散射现象，在不透明的小鼠成像中应用受限。化学/生物发光无须激光激发，即可释放光子，为活体成像提供了新的机遇。过去的H2O2化学/生物发光主要基于两种策略：1. 过氧草酸酯/染料分子系统（荧光棒的发光原理），2. 荧光素/荧光酶系统（萤火虫的发光原理）。然而，前者需要构建精巧但复杂的纳米发光系统，后者需要荧光酶、ATP、镁离子和氧气才能发光。活体实时H2O2成像仍是一大挑战。

香港大学杨丹课题组近年来开发了一系列新型荧光探针，用于高选择性、高灵敏度检测各种ROS，并使用这些探针深入研究氧化还原生物学的分子基础；而特拉维夫大学Doron Shabat课题组在开发新型化学发光团并用于生物成像领域处于国际领先水平。近日，杨丹课题组与Shabat课题组合作，将H2O2特异性响应基团嫁接到二氧杂环丁烷发光团上，开发了高灵敏、高亮度的H2O2新型化学发光探针H2O2-CL-510。该探针集识别基团、发光基团与发光能量存储于一体：生理浓度的H2O2即可直接触发分子识别，无须激光即可释放光子，亮度在3分钟内提升430倍。作者进一步将H2O2-CL-510成功应用于细胞成像与动物活体成像，为生物医药研究提供了有力的分子工具。

之前，中国科学家发现三氧化二砷（砒霜）能够有效治疗急性早幼粒细胞白血病，其作用机制可能是通过砒霜诱导ROS产生。作者将H2O2-CL-510用于96孔板检测与成像，快速证实了砒霜促进细胞内H2O2爆发。该方法有望提供一种高通量筛选技术，探索基于ROS调控的白血病新药物。作者还将H2O2-CL-510应用于活体大鼠脑部缺血再灌注过程的即时成像，证实该损伤过程中产生了大量的H2O2。这些信号分子有可能引发进一步的炎症反应与细胞凋亡，给病人带来伤害。

论文信息：

相关成果发表在Angewandte Chemie International Edition (DOI: 10.1002/anie.202005429)，受到NSFC中以合作重点项目（NSFC21961142011）的大力资助。香港研究资助局卓越研究领域项目(AoE/P-705/16)对ROS荧光探针提供了前期资助。中以合作课题组将继续结合双方研究特长，开发更多的新型化学发光分子探针以探究生命过程中的氧化应激与信号传导过程。

香港大学晨兴基金化学生物学讲席教授杨丹和特拉维夫大学Emerico Letay 化学过程讲席教授Doron Shabat为文章共同通讯作者，叶森博士与Nir Hananya博士为该文章的共同第一作者。香港大学中医药学院的沈剑刚教授课题组在大鼠脑部缺血再灌注动物实验方面提供了重要帮助。