基于二氨基萘取代硼酸的高度选择性过氧亚硝酸盐探针，用于早期骨关节炎的成像与诊断

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Diaminonaphthalene-substituted boronic acid-based highly selective peroxynitrite probe for early osteoarthritis imaging and diagnosis

【字体：大中小】 时间：2026年05月10日 来源：Sensors and Actuators B: Chemical 7.7

编辑推荐：

　　王俊平|王敬东|杨燕燕|郭振文|霍方军|尹彩霞教育部化学生物学与分子工程重点实验室，山西省生物医学与健康实验室，山西大学分子科学研究所，太原 030006，中国摘要过氧亚硝酸盐（ONOO?）是一种关键的活性氮物种，在骨关节炎（OA）进展过程中参与炎症的放大和氧化损伤。然而，由于传

王俊平|王敬东|杨燕燕|郭振文|霍方军|尹彩霞

教育部化学生物学与分子工程重点实验室，山西省生物医学与健康实验室，山西大学分子科学研究所，太原 030006，中国

摘要

过氧亚硝酸盐（ONOO?）是一种关键的活性氮物种，在骨关节炎（OA）进展过程中参与炎症的放大和氧化损伤。然而，由于传统的硼酸类探针与过氧化氢（H?O?）之间存在交叉反应，在复杂的病理微环境中选择性检测ONOO?仍然具有挑战性。本文报道了一种基于半花青素的荧光探针，该探针结合了二胺萘保护的硼酸六元杂环作为识别过氧亚硝酸盐的特异性基序。与传统芳基硼酸策略不同，二胺萘保护的硼酸环状结构能够显著提高对ONOO?的选择性，降低对H?O?及其他活性氧/氮物种的响应，从而在炎症条件下实现可靠的区分。该探针表现出快速的响应动力学、高灵敏度和在ONOO?激活时的强烈荧光增强。在细胞水平上，有效检测到了由Ca2?过载和脂多糖（LPS）刺激诱导的人软骨细胞中过氧亚硝酸盐的增加。此外，该探针还成功可视化了单钠碘乙酸盐（MIA）诱导的OA模型中升高的过氧亚硝酸盐水平。使用谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）模拟抗炎剂ebselen处理后，ONOO?的产生显著减少，这一变化可通过体内检测得到证实。本研究建立了一种基于二胺萘保护的硼酸的选择性策略来识别过氧亚硝酸盐，为阐明骨关节炎病理学中的氧化应激机制和治疗干预提供了有力工具。

引言

骨关节炎（OA）是一种慢性退行性关节疾病，其特征是软骨逐渐破坏、滑膜炎症和氧化微环境失衡[1]、[2]。越来越多的证据表明，氧化应激在OA的发病机制中扮演着关键角色，其中过氧亚硝酸盐（ONOO?）由超氧阴离子（O?•?）和一氧化氮（NO）的扩散控制反应形成，是一种高反应性和细胞毒性的物种[3]、[4]、[5]、[6]。ONOO?可诱导蛋白质硝基化、线粒体功能障碍、细胞外基质降解和软骨细胞凋亡，从而加剧炎症级联反应并加速软骨退化[7]、[8]、[9]。尽管其具有病理意义，但由于ONOO?的寿命短、反应性高，以及结构相似和化学相关的活性氧物种（ROS）（尤其是过氧化氢（H?O?）的共存，因此在OA中精确地原位检测ONOO?仍然具有挑战性。

荧光探针因其高灵敏度、时空分辨能力和非侵入性成像能力，已成为监测生物系统中活性物种的强大工具[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]。目前，依赖芳基硼酸酯识别单元来检测过氧亚硝酸盐（ONOO?）的小分子荧光探针虽然可以实现快速氧化转化，但它们对ONOO?相对于H?O?的选择性不足，这在存在多种活性氧物种的炎症条件下大大降低了检测准确性[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。这种交叉反应限制了这些探针在复杂病理微环境（如OA）中的可靠性，因为在这种情况下氧化应激和氧化应激同时升高。因此，在氧化还原生物学和疾病诊断领域，开发一种能够区分H?O?的高选择性ONOO?探针仍然是亟待解决的问题。最近在有机硼化学领域的进展表明，二胺萘保护的硼酸具有独特的电子结构和反应性特征，与传统硼酸酯不同。结合二胺萘保护的硼酸六元环可能提供了一种具有增强结构特异性和可调反应性的替代氧化响应机制[23]。然而，基于二胺萘保护的硼酸探针用于识别过氧亚硝酸盐的研究，特别是在炎症疾病模型中，仍然鲜有探索。

在本研究中，我们报道了一种基于半花青素的荧光探针，该探针结合了二胺萘保护的硼酸六元杂环作为选择性检测ONOO?的新识别位点。与传统的芳基硼酸策略相比，二胺萘保护的硼酸环状结构通过独特的氧化触发结构转变机制，提高了对ONOO?和H?O?的区分能力。与过氧亚硝酸盐反应时，二胺萘保护的硼酸基序会发生特定的氧化断裂，调节半花青素骨架的分子内电荷转移（ICT）过程，并产生明显的荧光响应。在细胞水平上，有效检测到了由Ca2?过载和脂多糖（LPS）刺激诱导的人软骨细胞中升高的过氧亚硝酸盐生成，进一步证明了该探针在炎症条件下的稳定性。重要的是，我们在单钠碘乙酸盐（MIA）诱导的OA模型中证明了该探针的生物学适用性，成功实现了对升高过氧亚硝酸盐水平的原位可视化。此外，我们使用谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）模拟抗炎剂ebselen和二甲双胍（Metformin）来验证该探针在治疗干预过程中监测ONOO?调节的能力。药物治疗显著抑制了OA关节中过氧亚硝酸盐的生成，突出了氧化应激调节在疾病进展中的功能相关性。这为OA的早期检测和干预提供了见解。

节片段

CyBN探针的合成

将CyB-OH（140 mg，0.22 mmol）和萘-1,8-二胺（52 mg，0.325 mmol）溶解在10 mL甲苯中。混合物在氩气氛围下于110°C搅拌5小时，然后冷却至室温。去除溶剂获得黑色粗产品。粗产品通过硅胶柱色谱法（CH?Cl?/MeOH=30/1，v/v）纯化，得到黑色固体（69.6 mg，41.2%）。¹H NMR（400 MHz，DMSO-d₆）δ 8.53（d，J = 15.0 Hz，1H），8.28（s，2H），8.02（d，J = 7.9 Hz，2H），7.74（d，J =

方案设计与体外表征

由于硼酸酯衍生物对氧化具有明显的敏感性，因此被广泛用于探针设计，这使得它们能够敏感地检测H?O?、ONOO?和HOCl。为了解决这一问题，Kim教授及其同事提出了使用二胺萘（DAN）保护的硼酸（DANBA），该探针具有更高的结构稳定性和更好的抗不良副反应能力[24]。鉴于ONOO?相对于H?O?具有更强的氧化能力和亲核性，

结论

本研究中使用的二胺萘保护的六元杂环硼酸化合物具有独特的电子结构，其特征是极性的二胺萘保护硼酸配位和与半花青素核心的延伸共轭。其对H?O?的有限响应表明其氧化能力不足以有效破坏稳定的二胺萘保护硼酸骨架。这一机制差异为提高选择性提供了分子基础。

CRediT作者贡献声明

王俊平：撰写——原始草案，实验研究。王敬东：验证，数据管理。霍方军：撰写——审稿与编辑，概念构思。尹彩霞：监督，项目管理。杨燕燕：可视化，形式分析。郭振文：软件支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

联系信箱：

摘要

引言

节片段

CyBN探针的合成

方案设计与体外表征

结论

CRediT作者贡献声明

利益冲突声明

致谢

热点排行