谷胱甘肽（GSH）是一种由半胱氨酸、谷氨酸和氨基乙酸构成的三肽化合物，大量存在于细胞中（1-10 mM）。为保证细胞正常的生长和功能性，GSH在维持细胞内氧化还原平衡方面起到了重要作用,其浓度异常的表达与艾滋病（AIDS）、癌症、肝硬化和神经组织退化等疾病有重大关系。线粒体是一种占细胞总体积近20%的重要细胞器，它的主要功能就是通过呼吸作用产生ATP为细胞提供能量，此外线粒体还参与活性氧化物（ROS）引起的细胞凋亡过程，调节细胞氧化应激，是消耗细胞内氧化物的主要场所，影响着细胞的新陈代谢和生长，因此线粒体上聚集着大量的自由基清除剂和GSH。线粒体上的谷胱甘肽主要以还原型GSH的形式存在，GSH/GSSG的比值大于100，当GSH/GSSG的比值减小时说明细胞内氧化环境增强。为了清楚理解GSH在生物体内的生理和病理作用，检测识别细胞内、组织和器官内GSH的浓度变化至关重要。目前为止，在检测识别GSH的荧光探针方面虽然取得了一些进展，但是开发能够实现对线粒体上GSH检测的荧光探针依然存在一定的挑战，仅有少数几例具有该性质的荧光探针被报道。
近日，复旦大学药学院赵伟利研究员（点击查看介绍）课题组报道了一个基于BODIPY染料线粒体靶向检测GSH的荧光探针。探针利用自消除反应（Self-immolative Reaction）和静电介导，将吡啶季铵盐作为自消除和静电吸引的位点，同时增强了探针的亲水性，选择2,4-二硝基苯醚作为识别团，在静电吸引的帮助下使探针对GSH具有优先的特异性检测识别功能。
图1 Probe-NO2 (10 μM)与GSH (100 μM) 在DMSO/PBS buffer (1:1, v/v, 10 mM, pH 7.4) 混和溶液中，25 °C温度条件下，反应120 min前后的荧光发射谱图。
图2 探针10μM Probe-NO2和0.5 μM Mito-Tracker green与 Hela细胞孵育20min后的荧光共聚焦成像图：（a）500–550 nm绿色通道下的荧光成像（λex = 490 nm）；（b）570–620 nm红色通道下的荧光成像（λex = 550 nm）；（c）图（a）和图（b）的重合成像。
利用该探针可以特异性的检测识别GSH，而且基本不受其他活性硫醇分子、活性氧化物、硫化物、氮化物、金属阳离子及阴离子共存的干扰。在0-15 μM的GSH浓度范围内，荧光强度与浓度呈良好的线性关系，可以定量的检测GSH，经计算得出探针的检测限是109 nM，其灵敏度满足对体内GSH的检测识别。通过MTT分析实验验证，探针基本无毒，成功实现了在Hela细胞内对GSH的检测识别，同时探针可以靶向定位到线粒体上，并能实现对线粒体上GSH的检测识别，使得探针可以作为一种有用的工具来研究生物体中GSH的化学生物学。
该研究工作在Biosensors and Bioelectronics杂志上报道，第一作者是博士生张健。该研究工作得到了国家自然科学基金委、长江学者计划和科研创新团队的大力支持。
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