2025年10月11日，《Angewandte Chemie International Edition》在线发表rabey雷竞技陈巍教授团队的研究论文“Carbonothioate-Triggered Cascade Cyclization Enables High-Specificity Fluorescence Imaging of Hydrogen Polysulfides”。针对现有的多硫化氢（H₂S_n；n>1）探针易受生物硫醇或硫化氢（H₂S）干扰的难题，这一研究报道了一种独特的、基于硫代碳酸酯触发的检测新机制，该机制利用级联环化反应实现对H₂Sₙ的特异性检测。首次实现了胰岛素抵抗细胞及2型糖尿病（T2DM）小鼠体内内源性H₂Sₙ动态变化的荧光成像。

H₂S_n是一类高活性含硫信号分子，因其独特的调节功能和与生物过程中H₂S信号的密切联系而受到广泛关注。最近的报告表明，H₂S_n在激活离子通道、肿瘤抑制因子、转录因子和蛋白质S-巯基化方面比H₂S更有效。H₂S_n生物学的研究正在快速发展，但由于其不稳定性和高反应性，仍然具有挑战性。为了更好地揭示这些生物功能背后的确切作用机制，研究H₂S_n的基本反应并开发可靠的检测方法至关重要。荧光探针由于其高灵敏度和时空分辨率，可以成为检测H₂S_n的非常强大的化学工具。自从Xian的团队在2014年首次报道了基于2-氟-5-硝基苯甲酸酯触发物（DSP型）的H₂S_n特异性荧光探针以来，已经开发了许多H₂S_n特异触发物的H₂S_n探针，包括2-（苯甲酰基硫代）苯甲酸苯酯（PSP型）、氮丙啶、α，β-不饱和酯等。大多数可用的H₂S_n探针很容易受到生物硫醇或H₂S的干扰，从而显著降低了检测灵敏度。为了解决这个问题，一种有效的策略是用H₂S_n特异性触发器代替2-氟-5-硝基苯甲酸酯，该触发器仅与H₂S_n反应并快速释放荧光团，而不与生物硫醇相互作用。

鉴于H₂S_n既能作为亲核试剂又能作为亲电试剂，且其亲核性强于生物硫醇或H₂S。利用这一特性，作者提出了一种新型探针模板I，可特异性识别H₂S_n。与先前报道的PSP型探针不同，采用不同的供电子基团替代苯甲酰基中的苯环，从而显著降低羰基碳的亲电性。该设计应能更有效地抑制探针与生物硫醇或H₂S之间的反应。此外，修饰I中的X或R基团将显著影响其对H₂S_n的反应速率，并调节探针的水溶性。若H₂S_n能选择性地与含有特殊X和R基团的触发剂反应，则生成的中间体II会继续与H₂S_n（作为亲电试剂）反应生成III。随后的自发环化反应将释放酚类荧光团。因此，这种级联环化反应对H₂S_n具有高灵敏度和特异性。

图1：H₂S_n响应荧光探针的级联环化反应策略

通过将小型探针库中筛选的硫代羰酸酯触发剂与广泛使用的近红外二氰基异佛尔酮荧光团整合，合成了新型近红外（NIR）探针CTP-8。该探针在体外实现了对H₂S_n的高效能检测，在HepG2细胞和Raw264.7细胞中实现了外源性H₂S_n的可视化，并检测到LPS诱导的Raw264.7细胞内H₂Sₙ上升。该探针首次实现了在胰岛素抵抗细胞和2型糖尿病小鼠模型中内源性H₂Sₙ的动态变化。

图2. HepG2细胞和RAW264.7细胞中H₂S_n的荧光成像

图3. T2DM小鼠H₂S_n的荧光成像

这项研究得到了国家自然科学基金的资助。文章的第一作者为rabey雷竞技武汉光电国家研究中心生物医学光子学研究部博士生张洁和何梦（并列一作），通讯作者为rabey雷竞技陈巍教授。湖北大学小分子原料药精准制造湖北省重点实验室&有机功能分子合成与应用教育部重点实验室王飞翼教授、rabey雷竞技武汉光电国家研究中心生物医学光子学研究部硕士生刘乐、博士生何德明、黄敏荣、何雨昕为共同作者。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202519021