成果简介

生物体内各类活性物质的水平往往处于动态平衡中，以维持生命系统的稳态。但是，当生物体内新陈代谢异常时，在病理过程中经常观察到生物活性分子（蛋白质、脂质、活性氧(ROS)和活性氮（RNS）等）的严重波动。因此，通过检测这些活性物质的变化可以准确地标记出生命体的异常状态。为此，迫切需要开发能够同时原位测量多种生物活性分子的高选择性、高灵敏度的检测手段。基于荧光探针的荧光成像技术以其具有较高的灵敏度，较好的特异性、极低的检测限，同时具有高时空分辨率，可以原位实时成像等特点被广泛应用于活体的生物分子成像。最近，有多种荧光探针被开发用于如癌症、心血管疾病、炎症和神经退行性疾病等疾病的生物标志物成像，但是大多数探针都是所谓的“单信号”荧光探针，均只能实现对某一特定物质的检测。而生物体中的物质往往具有运动性，物质在体内和细胞之间循环运输，非病灶区域也存在相当含量的待测物，这就使得单一检测单元的探针，往往在到达病灶区域前已被激活，造成信号假阳性。此外，生物体中进行的各种生理活动都需要多种分子协同作用，它们相互转化，维持着机体的正常运行。虽然联合应用多个“单信号”荧光探针可以在一定程度上同时检测多种生物分子，但由于每个探针具有不同的扩散速度和代谢率，导致最终的结果可能并不准确。小分子双锁逻辑门探针能够通过一个分子中的两个识别位点对两种分析物进行原位检测，有效地避免了多个“单信号”荧光探针联合应用时探针浓度的局部差异。此外，该策略有效地避免了多个探针在运输过程中的差异消耗和可能引起的假阳性信号，从而提高了荧光成像在疾病中的准确性。综上所述，小分子双锁逻辑门探针克服了传统“单信号”荧光探针的诸多不足，可用于研究生物体内复杂的生理病理过程。小分子双锁逻辑门探针的研制对研究人员深入了解生命系统中多分子的相互作用具有重要意义。

基于以上背景，山东师范大学唐波教授/李平教授课题组总结了最近发表用于光学检测生命系统中两种生物活性分子的小分子双锁逻辑门探针。课题组综述了近年来小分子双锁逻辑门荧光探针的研究进展，并着重介绍了此类荧光探针的设计策略和识别逻辑。课题组首先根据不同的识别机制对小分子双锁逻辑门探针进行分类。随后，总结了双锁逻辑门探针的不同化学结构和设计策略，以及它们在体内生物成像中的应用和优点。与“单信号”荧光探针相比，双锁逻辑门荧光探针可以同时识别两种相互关联的生物活性分子，为探索两种生物标志物在疾病中的协同作用提供了有力的工具。课题组相信双锁逻辑门荧光探针将成为化学和生物领域越来越有用的工具，同时也希望本文的综述将为探索更多的逻辑门荧光探针在体内的多检测提供便利的帮助。该成果以“Recent progress in the development of small-molecule double-locked logic gate fluorescence probes”为题发表在国际权威杂志Chemical Communications上。文章第一作者是山东师范大学博士研究生张晓婷和硕士研究生修天聪，山东师范大学王慧副教授、李平教授和唐波教授为论文共同通讯作者。

全文链接：https://doi.org/10.1039/D3CC03492E

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