氧化还原探针的研究文献综述

开题报告内容：（包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述，不少于2000字）

1. 实验背景

生物体所处的生存环境复杂多变。当外部或内部的环境变化超过一定阈值时，生物体的正常功能会受到干扰，所以对机体来说维持内部环境的稳定至关重要。应激反应是机体应对环境变化的一种适应性机制，一旦应激反应被激活，机体会在生理上产生相应变化，以适度维持稳态以增加生存机会。应激反应的强度是由引起应激反应的应激原和机体内在因素共同决定的^[1]。适度的应激反应有利于人体及时应对多变的环境，防止不利因素对人体造成伤害。但长时间和高强度的应激反应会诱发应激损伤，导致多种疾病的发生，比如糖尿病。

糖尿病是一种临床表现为高血糖症的慢性代谢性疾病。诱发糖尿病的因素包括胰岛素分泌减少或胰岛素耐受，肥胖也是糖尿病的重要诱因之一^[2]。随着肥胖人数的迅速攀升，糖尿病的发病率和死亡率也呈快速增长的趋势。糖尿病可分为3种类型，分别是1型糖尿病、2型糖尿病和妊娠期糖尿病，其中2型糖尿病约占所有糖尿病的90%^[3]。若糖尿病无法得到有效控制，会诱发一系列的并发症，而这些并发症最终导致患者失去自理能力和直至死亡。

近年来，越来越多的证据表明包括代谢应激、氧化应激和内质网应激在内的一系列应激反应与糖尿病的发生发展过程密切相关。过氧化氢 ( H₂O₂ ) 作为生物系统中的主要活性氧之一，与其他活性氧相比，H₂O₂ 相对稳定，并且在生物体中的反应性相对较弱，因此一直备受关注^[4,5]。 此外，H₂O₂不仅在活细胞的信号转导中起着非常重要的作用，而且也是氧化应激的生物标志物^[6-9]。研究表明，H₂O₂的异常水平在细胞中与许多疾病密切相关，包括癌症、^[10,11]衰老、^[12] 神经退行性疾病等疾病^[13,14]，尤其是糖尿病^[15,16]。有越来越多的证据表明产生H₂O₂的氧化应激是糖尿病及其相关并发症发生和发展的关键因素^[17,18] 。因此，有研究开发了一种分析方法实时监测体内H₂O₂水平。迄今为止，已经构建了各种检测H₂O₂的分析方法，如分光光度法^[19]、 电化学方法^[20]、色谱法^[21]、和化学发光法。然而，上述方法与生物体的相容性较差，会造成组织或细胞损伤，阻碍了它们在体内的应用。由于荧光探针其具有操作简单、成本低、无渗性、时间-空间分辨率高、生物相容性好等优点，在各个领域得到了广泛的应用^[22-27]。到目前为止，一系列的荧光探针如萘酰亚胺^[28]、罗丹明^[29]、博迪比^[30]、香豆素^[31]等等可以用于检测H₂O₂。但是由于这些探针只显示较短的发射波长 ( lt; 650 nm )，也阻碍了它们在体内的应用。

近红外 ( NIR ) 荧光探针具有650 nm到900 nm的发射波长，它由于可以有效地避免背景信号的干扰，而且在生物系统中有较高的组织渗透性而备受关注。因此，有研究开发了几种新的近红外荧光探针用于检测H₂O₂。在QX-B探针中，以喹啉-蒽染料的结构为荧光团，选择硼酸酯作为反应基团。由于硼酸酯禁止ICT(分子内电荷转移过程)，所以QX - B本身不能发射荧光。但加入H₂O₂ 后羟基暴露，在772 nm处可以观察到强烈的近红外荧光。同时，QX - B对H₂O₂具有良好的灵敏度和选择性，故用于在不同的活细胞和斑马鱼中H₂O₂的成像。由于近红外荧光的优异性能，QX - B也被成功应用于在小鼠中的H₂O₂含量检测。据我们所知，QX - B是第一个用于检测糖尿病及其并发症的H₂O₂的荧光探针。在AB-1探针中，由于1,3-二氯-7-羟基-9,9-二甲基-2 ( 9H ) -吖啶酮 ( DDAO ) 具有激发波长可调 ( 600 - 650 nm )、近红外发射 ( 660 nm )、水溶性较好、较低的酸解离常数( pKa =5 )等特质。选择硼酸酯为报告基团，通过自分解链将报告基团与荧光母核 DDAO 相连接，合成得到新型荧光探针AB-1。探针AB-1可作为比率型荧光探针，提高了细胞内检测过氧化氢的准确性。探针HAA用于活细胞内的H₂O₂的选择性检测，具有新颖、结构简单、发射波长长、斯托克斯位移大等优点。实验表明，该探针成功地用于活细胞中外源和内源过氧化氢的检测和成像，获得了满意的结果。

二、研究现状

在Web of Science上，我们搜索到自1970年至今以过氧化氢探针为主题的文献共7394篇，并且通过对关于过氧化氢探针的研究领域、时间及发文数目的统计，结果如图一所示，生物化学、化学、科学技术及细胞生物学等等仍为其研究的热门领域。而如图二所示，近十年来过氧化氢探针相关发文数呈现增长的趋势，这些均表明过氧化氢探针的研究仍为目前许多领域研究的热点和关注点。

图一 Web of Science数据库研究领域与发文数的关系

图二Web of Science数据库时间与发文数的关系