1 引言
硒化氢(H2Se)是膳食硒化合物的常见代谢中间产物, 其已被证实为继硫化氢(H2S)之后的又一种内源性气体信号分子, 存在于各类膳食硒化合物(如亚硒酸 盐[1]、硒代蛋氨酸[2]、甲基硒代半胱氨酸[3]及硒代胱氨 酸[4-5])中. 亚硒酸钠是首个被发现能在生物体内代谢生成H2Se的化合物[6], 继而有多种富硒化合物被用于食用作物培养, 以求通过饮食摄入硒元素, 提高食物健康等级. 硫化氢(H2S)因其具备抗氧化及抗凋亡活性, 已被广泛证实可在细胞保护中发挥关键作用[7-9]. 硒与硫同属元素周期表第ⅥA族, 二者化学性质相似, 因而促使研究者广泛关注H2Se在生物学上的潜在功能. 已有研究表明, 人体内超过半数的硒蛋白不仅具有抗氧化功能, 还参与氧化还原反应的调控[10-13]. 当人体内硒稳态失衡时, 其H2Se会与体内蛋白质结合, 干扰正常的氧化还原平衡, 进而引发多种疾病: 硒缺乏会导致活性氧(ROS)积累, 增加脑卒中[14-24]、心肌梗死[25-27]、免疫功能减 弱[14,28-29]及神经退行性疾病[30-31]等疾病发生的风险; 硒过量则可通过诱导高铁血红蛋白形成加重心肌缺氧. 此外, 在肿瘤微环境中, H2Se含量过高则会加速肿瘤的恶化[32-33]. 由此可知, H2Se的稳态平衡在生理与病理过程中具有重要作用. 为实现对H2Se水平的精确调控, 近年来研究者致力于开发小分子H2Se供体, 进而在特定刺激条件下(如pH、水解、光解或生物硫醇介导)实现H2Se的可控释放, 有效模拟内源性H2Se的生物学功能, 参与调节氧化还原稳态发挥细胞保护作用, 展现出良好的潜在临床应用前景.
本文围绕H2Se供体合成及荧光检测两大核心方向 (图式1), 系统梳理了近年来的相关研究文献. (1) H2Se体内递送. 分别从H2Se供体分子设计、响应机制及体内输送等方面进行详细阐述, 总结了关于H2Se体内递送的相关研究, 同时针对H2Se分子在进入细胞后通过激活信号通路, 激发相关蛋白表达实现细胞功能恢复等方面进行总结. (2) H2Se体内检测. 以H2Se分子荧光探针为主线, 系统总结H2Se特异性激活荧光探针的设计及响应机制, 利用荧光成像优势, 实现活细胞内H2Se分子的准确定位, 并进一步分析在生物体内H2Se的相关功能.
2 硒化氢供体合成及生物应用
研究表明, H2S因其显著的抗氧化和抗凋亡活性, 在细胞保护及生理与病理过程中发挥着关键作用. 因此推测, H2Se可能也具备相关的抗氧化性能, 且H2Se的键能比H2S更小, 在细胞保护中或展现更优效能. 而我国东北至西南的低硒带呈明显斜向分布, 该区域“土壤—粮食—人体”链条中的硒含量普遍低于20 µg•kg⁻1, 显著低于世界卫生组织(WHO)建议的50~100 µg•kg⁻1安全摄入范围[37-38]. 长期硒摄入不足会导致机体谷胱甘肽过氧化物酶等含硒酶活性降低, 抗氧化防御系统受损, 进而引发两种典型的地方性疾病: 大骨节病(Kashin- Beck disease, KBD)[39-40]和克山病(Keshan disease, KD)[41-43]. 因此, 开发能够直接补充硒化氢(H2Se)的外源性供体, 已成为干预硒缺乏相关疾病的新策略.
2.1 H2Se的水解释放机制
图1 (a) TDN1042的合成; (b) TDN1042的水解过程[44]; (c) TDN1042与(d) 2AP-PSe的反应示意图; (e)与2AP-PSe共同孵育的HeLa细胞的飞行时间二次离子质谱图像[45]Figure 1 (a) Synthesis of TDN1042; (b) Hydrolysis process of TDN1042[44] (Copyright 2019 Royal Society of Chemistry). Schematic of the reaction between (c) TDN1042 and (d) 2AP-PSe; (e) TOF-SIMS images of HeLa cells co-incubated with 2AP-PSe[45] (Copyright 2021 American Chemical Society) |
2.2 H2Se的亲核释放机制
除水解释放机制外, 有文献报道可通过亲核反应实现H2Se的释放. 以氨基酸分子中的巯基作为亲核试剂, 进攻供体小分子中的C=Se键, 从而触发H2Se的释放.
2022年, Yi课题组[46]设计了基于硒环丙酮(selenocyclo- propenone)和硒酰胺(selenoamide)的H2Se供体. 如图2a所示, 在pH 7.4条件下, 这些供体可被半胱氨酸(Cys)分子中的巯基亲核取代C=Se键而激活, 进而释放H2Se, 其释放速率受取代基R的电子效应调控. 硒环丙酮类H2Se供体具有释放迅速、效率较高的优点, 适用于动力学机制研究, 但选择性较差且稳定性不足; 相比之下, 硒酰胺类供体释放过程温和, 速率可通过结构修饰进行调控, 并对Cys表现出高选择性, 但其H2Se释放效率相对较低, 反应速率较慢(如图2b所示). 两类供体各具特点、互为补充, 前者适用于快速释放机制研究, 后者更适用于可控释放及生物体系应用.
图2 (a)半胱氨酸激活的H2Se供体释放示意图; (b)硒酰胺的动力学机制示意图[46]; (c)触发式H₂Se供体通用平台示意图及其在荧光供体中的应用; (d) H₂Se供体合成路径示意图与H2Se释放机制[47]; (e)可触发的H2Se供体和分析物替换型荧光探针示意图[48]Figure 2 (a) Schematic of cysteine-activated donor release of H2Se; (b) Schematic of the kinetic mechanism of Selenamide[46] (Copyright 2022 American Chemical Society). (c) Schematic of triggered H2Se donor universal platform and Its application in fluorescent donor; (d) Schematic of H2Se donor synthesis pathway and H2Se release mechanism[47] (Copyright 2024 American Chemical Society); (e) General FITA platform for developing H2Se-activated donors and analyte-replacement fluorescent probe[48] (Copyright 2025 American Chemical Society) |
2025年, 该课题组[48]基于此前报道的芳基硒酰胺平台, 开发了可被硝基还原酶和活性氧(ROS)激活的H2Se供体. 如图2e所示, 识别位点被疾病相关标志物特异性激活后, 触发级联裂解反应, 释放出芳基硫醇; 后者与邻近的芳基硒酰胺发生分子内亲核环化反应, 产生硒代环状产物并同步释放H2Se. 针对传统H2Se荧光探针因不可逆消耗H2Se导致检测失衡的问题, 构建了首个分析物置换型H2Se荧光探针(AR-H2Se). 该探针在结合H2Se的同时实现其再生, 使H2Se可参与后续反应形成循环级联, 不仅避免了检测偏差, 还显著放大了荧光信号强度. 实验结果证明: (1) GSH的减少和GSSG的生成表明该供体在ROS激活下释放出H2Se; (2) H2Se能催化GSH与H2O2反应, 模拟体内抗氧化酶功能, 为未来炎症、氧化损伤及氧化还原失衡相关疾病的治疗提供了重要依据.
Chakrapani课题组[50]报道了一种基于苯甲酰硒酯的H2Se供体, 可在温和且生物相容的条件下实现H2Se的可控高效释放. 如图4a、4b所示, 通过酰氯反应可合成结构简单且稳定的硒酯类前体(1a~1c), 在这些前体中, 苯甲酰硒酯经酯酶水解生成硒醇中间体, 该中间体进一步与内源性硫醇反应形成硫硒化物, 最终释放硒化氢(H2Se). 如图4c所示, 为检测释放的H2Se, 在pH7.4条件下, 先加入乙酸锌(Zn(OAc)2)捕获生成的H2Se, 使其转化为硒化锌(ZnSe); 随后加入乙酸铅与盐酸, 通过体系中棕黑色硒化铅(PbSe)的生成现象可定性确认H2Se存在, 进一步测定400 nm处的吸光度则可实现对H2Se的定量分析.
图4 (a) H2Se供体合成路径; (b) H2Se释放机制; (c) H2Se检测机制示意图[50]; (d) γ-酮硒醚的合成; (e) H2Se供体的释放机制示意图; (f)不同H2Se供体释放速率的比较[51]Figure 4 (a) Synthesis of H2Se donor; (b) The release mechanism of H2Se; (c) Schematic of the detection mechanism of H2Se[50] (Copyright 2024 Royal Society of Chemistry); (d) Synthesis of γ-ketoselenylether; (e) Schematic of the release mechanism of H2Se donors; (f) Comparison of various kinds of H2Se donors with different release rates[51] (Copyright 2024 Royal Society of Chemistry) |
Lukesh课题组[51]首次报道了一类基于γ-酮基硒醚的pH可控且结构可调的H2Se供体, 通过测定供体的半衰期证实其可在生理条件下实现硒化氢的持续释放. 如图4d和4f所示, 通过3-氯苯丙酮与硒粉反应制得母体供体化合物1, 随后调控α-位质子的酸性合成了多种H2Se供体(1~5). 如图4e所示, γ-酮硒化物在碱性条件下发生α-去质子化, 由于羰基具有较强的吸电子效应, 与硒原子相连的α-碳原子上的质子表现出酸性, 在碱性条件下生成碳负离子中间体. 随后, 该中间体发生β-消除反应, 在α、β-碳原子之间形成碳碳双键生成烯酮, 同时离去的硒负离子(Se2⁻)与两个氢质子结合形成H2Se, 最终实现响应型H2Se释放.
2.3 H2Se的其他释放机制
在上述报道的H2Se供体在体外及细胞水平上展现出良好的抗氧化活性, 其作用机制涉及活性氧(ROS)清除、氧化还原平衡调控及抗氧化蛋白激活等多个方面. 然而, 从体外研究向体内应用转化仍面临多重关键技术瓶颈. 例如在生物体应用中首先要实现供体的靶向释放, 必须借助纳米载体(如脂质体、聚合物胶束)或靶向配体(如叶酸、透明质酸)对供体进行功能化, 以实现其在病变组织中的高效富集. 而如何在后续研究中提高供体靶向性能, 也是未来工作的研究方向之一.
2019年, Tang课题组[52]报道了亚硒酸钠(Na2SeO3)在常氧(20% O2)与低氧(1% O2)条件下对HepG2细胞表现出不同的作用机制. 如图5所示, 在常氧环境下, Na2SeO3进入细胞后在GSH、NADPH及谷胱甘肽还原酶(GR)的共同作用下被代谢生成H2Se. 生成的H2Se迅速与超氧阴离子反应生产活性氧(ROS), 从而引发氧化应激. 在此过程中, 高迁移率族蛋白B1(HMGB1)发生氧化修饰形成氧化型HMGB1, 进而激活凋亡蛋白Caspase-9和Caspase-3促使细胞凋亡. 在低氧条件下, H2Se难以与氧气发生有效反应, 导致其在细胞内不断积累, 从而引发还原性应激, 积累的H2Se也可将HMGB1蛋白中的二硫键还原生成还原型HMGB1, 并通过抑制Akt/mTOR信号通路诱导细胞自噬. 本研究明确了Na2SeO3可作为H2Se的外源性供体, 揭示氧环境对Na2SeO3代谢产物(H2Se与ROS)的调控作用及其抗癌作用信号通路(如自噬与凋亡)机制, 为硒剂在实体肿瘤治疗方面提供了理论依据.
Li课题组[53]制备了H2Se纳米供体凝胶(H2Se-NG)并应用于重耐药细菌感染的治疗. 如图6所示, H2Se-NG含有硒酰胺分子结构, 同时引入pH敏感的腙键构成双重级联响应系统, 并通过聚乙二醇-丙烯酰肼(PAH-NG)纳米凝胶将两者偶联形成稳定的纳米载体. 由于感染部位通常呈现较低的pH值和较高浓度硫醇类分子, 因此H2Se-NG可在感染局部酸性条件下断裂腙键释放出硒酰胺(SeAs), 继而被高浓度硫醇分子(Cys)触发释放H2Se. 所释放的H2Se气体可通过自由扩散穿透细菌生物膜及细胞膜, 干扰微生物的硫代谢途径, 诱导强烈的氧化应激反应, 有效杀灭嵌入生物膜内的耐药菌株, 同时激活生物膜分散相关基因的表达, 促进生物膜结构解体, 最终实现生物膜的清除.
Wang课题组[54]报道了一种基于S—Se—S分子结构的H2Se供体并用于缓解抗生素耐药性. 如图7a所示, 在氮气保护下通过一锅法合成了两种化合物: 2,2'-(硒代双(硫烷二基))二乙醇(Se-Hyd)和2,2'-(硒代双(硫烷二基))二乙酸(Se-Acid). 其中GSH可与Se-Acid分子中的β-硒原子发生亲核反应, 生成2-硫代乙酸(TGA)和TGA-Se-SG. 随后, TGA-Se-SG进一步与GSH反应生成中间产物TGA-I及氧化型谷胱甘肽(GSSG), 在过量GSH的刺激下TGA-I发生转化并释放出H2Se气体, 实现H2Se的级联式释放. 如图7b所示, 供体释放的H2Se以气体形式自由扩散进入细菌细胞, 通过双重机制发挥抗菌增效作用: 其一, 破坏细菌细胞膜完整性, 增加膜通透性并诱导膜去极化, 从而促进庆大霉素(Gm)等抗生素的胞内积累; 其二, 作为“H2S伪装剂”, 竞争性结合H2S的作用靶点, 逆转H2S对呼吸链电子传递的抑制作用, 恢复细菌呼吸通量, 提升胞内ATP水平, 为抗生素的主动转运提供能量支持. 上述两种机制协同作用, 可有效消除H2S介导的耐药表型, 显著增强抗生素的杀菌效果. 此外, Se-Acid的代谢副产物无细胞毒性, 对细菌外部环境中的正常细胞无不良影响. 在H2Se供体研究中, 供体合成及释放机制是解析生理病理效应的核心, 缓慢持续释放型供体为机制探究奠定基础, 而酶/硫醇刺激的响应型供体, 凭借H2Se递送时空精准调控特性, 成为该领域临床转化的关键突破[55]. 然而, 多数供体仅完成细胞水平上验证, 肝肾代谢情况及最大耐受剂量(MTD)尚不明确. 因此未来研究中需对分子供体的生物应用作进一步研究, 以提高临床应用转化可行性.
在H2Se供体的合成研究中, 各类供体遵循不同的分子逻辑, 水解型供体以P=Se键为核心功能单元, 通过Woollins'试剂与胺类化合物的定向反应完成骨架搭建, 从而奠定了水解释放的结构基础; 亲核型供体则围绕C=Se键或硒酰胺骨架进行分子设计, 结合荧光团偶联、响应位点精准修饰等策略, 实现释放性能与检测功能的协同优化; 其他类型供体通过纳米载体负载技术、多响应基团和特殊分子结构(如S—Se—S)的创新设计, 达成靶向递送与可控释放这一核心目标.
从释放机制的性能特征来看, 分子骨架的差异直接决定其释放行为, 基于P=Se键的水解释放体系能够通过调控键合稳定性实现H2Se释放速率的精准调节, 并且其水解产物具有良好的生物相容性, 为靶向递送提供了有利条件. 然而, 该机制在生理中性环境下存在释放动力学缓慢和实际释放效率有限等问题, 同时易受到生物体系中亲核性物质干扰引发非特异性水解. 此外, 供体分子的储存稳定性亟待提升.
亲核释放机制驱动的H2Se供体具备激活方式多样化、靶向识别特异性强及可视化监测等突出优势, 相较于水解释放体系, 其在生理条件下表现出显著增强的结构稳定性. 然而, 这类供体仍面临整体释放效率偏低的问题, 并且容易受到生物内源性亲核物质竞争性的干扰. 部分功能化供体(如荧光标记型)的合成工艺复杂度较高, 这限制了其规模化制备与应用.
其他类型供体凭借环境响应特异性强、功能协同性优越、持续稳定的释放过程以及广泛适用场景等特点, 在特殊疾病治疗领域展现出独特价值. 然而, 此类供体普遍存在制备工艺复杂的问题, 导致生产成本偏高. 同时, 其在人体内代谢路径、生物安全性等关键特性的明确程度尚不足, 而其释放效率对目标微环境信号强度依赖较大, 在微环境特征不明显时难以充分激活.
3 细胞及活体内硒化氢的检测
H2Se作为一种新兴内源性气体信号分子, 与另一重要的内源性气体信号分子H2S相似, 在生物体内具有重要的生理调节功能. 然而, 两者在生物活性、稳定性和代谢途径上存在显著差异, H2Se通常更不稳定、毒性更高, 且其产生和调节机制远不如H2S研究得深入和明确. 其生物学效应呈现显著的浓度依赖性[56-57], 在高浓度条件下, H2Se可能诱发毒性反应, 导致细胞功能障碍甚至细胞死亡. 因此, 对其在生物系统中浓度变化的精确监测至关重要. 当前H2S的荧光探针与成像研究已非常广泛和成熟, 核心策略是利用叠氮基团[58]、NBD[59](硝基苯并呋喃)及二硫键、硝基芳香氟化物等[60]作为特异性识别位点, 通过与荧光团的协同作用, 实现细胞及活体内H2S的实时成像. 相比于H2S, H2Se在生物体内的含量较低, 这使得H2Se探针设计与检测更加困难, 不仅需要突破两者之间的选择性壁垒, 还需额外引入信号放大机制以满足痕量检测需求.
目前, 氢化物发生-原子荧光光谱法[61-62]、氮气微波电感耦合大气压质谱法[63-64]、比色法[65]和中子活化法[66]等方法被广泛应用于生物体内的硒含量检测. 但普遍存在操作流程复杂、样品损伤程度高、难以实现连续监测等问题, 难以满足对生物体内含硒化合物进行非侵入性、动态实时分析的需求[67-68]. 相比之下, 荧光成像技术通过设计与H2Se特异性响应的分子探针, 有效克服了传统分析方法的局限性. 目前已报道的H2Se荧光探针以H₂S探针识别检测为出发点, 引入苯并杂卓基团(BS)中的N—Se—N键作为H2Se特异性识别位点[69], 以及开发了以环状二硫键和2-(碘甲基)苯甲酸为识别位点的新型探针, 这类结构具有更高的稳定性, 并且不易被其他生物硫醇响应, 从而显著提升了对H2Se检测的特异性[70-71].
3.1 基于苯并杂卓基团的H2Se荧光探针
2015年, Tang课题组[69]开发了一种用于检测H2Se的新型近红外荧光探针NIR-H2Se. 如图8a所示, 该探针以近红外半花菁染料为母体结构, 引入苯并杂卓(BS)作为反应识别单元, 探针由于BS基团中Se的重原子效应处于荧光猝灭状态. 当探针进入生物体系后, 内源性H2Se通过亲核加成反应进攻Se—N键, 诱导发生键断裂从而“点亮”荧光. 如图8b所示, 基于BS与H2Se特异性反应, NIR-H2Se展现出良好选择性与灵敏度. 将探针应用于活细胞(HepG2)及小鼠活体模型中, 结果表明该探针能够有效区分常氧与缺氧条件下H2Se的水平差异, 揭示了硒化物在缺氧环境下的非氧化应激抗癌机制. 随后, Tang课题组[75]以介孔硅纳米颗粒(MSNs)为载体, 将近红外荧光探针NIR-H2Se固定于其孔隙并修饰不同靶向基团, 设计出具备不同靶向性能的介孔硅纳米探针(MSNs), 实现癌细胞内不同亚细胞器(细胞质、溶酶体、线粒体)中H2Se的荧光分析. 如图8c所示, 该纳米颗粒可成功进入细胞并对内源性H2Se进行成像. 成像结果表明, 以Na2SeO3作为H2Se前体, 在缺氧条件下可诱导癌细胞产生内源性H2Se. 并进一步证明H2Se主要积累于癌细胞的线粒体, 从而导致线粒体功能障碍引发细胞凋亡. 本研究所制备的纳米探针为研究亚细胞器中的生物活性分子分布及细胞功能和疾病诊断提供了一种新的研究策略.
图8 (a) NIR-H2Se的合成与响应机制; (b) NIR-H2Se对H2Se的选择性及实时荧光响应H2Se[69]; (c)介孔硅纳米探针NIR-H2Se用于检测H2Se[75]; (d) Se-1探针对H2Se的响应机制; (e)常氧与缺氧条件下活细胞的荧光共聚焦图像[74]Figure 8 (a) Synthesis and response mechanism of NIR-H2Se; (b) Selectivity and real time fluorescent response of NIR-H2Se to H2Se[69] (Copyright 2015 Royal Society of Chemistry); (c) The mesoporous silicon nanoprobe NIR-H2Se is used for the detection of H2Se[75] (Copyright 2018 American Chemical Society). (d) Response mechanism of Se-1 probe to H2Se; (e) Fluorescence confocal images of living cells under normoxic and hypoxic conditions[74] (Copyright 2015 Royal Society of Chemistry) |
Zhang课题组[74]设计了一种基于BS结构的小分子荧光探针Se-1, 并应用于溶酶体内H2Se的检测. 如图8d所示, BS作为特异性识别H2Se的识别位点, 可通过光诱导电子转移效应(PET)猝灭荧光基团信号. 当Se-1进入细胞后, 内源性H2Se可特异性断裂探针中苯并硒杂卓的N—Se—N键, 从而阻断PET过程激活探针荧光. 如图8e所示, Se-1对H2Se具有较高的响应灵敏度及选择性, 能够有效区分H2Se与其它生物硫醇, 且细胞成像结果表明, 缺氧条件下溶酶体中H2Se的逐步积累. 该探针为研究H2Se在溶酶体中的生物学功能提供了有力工具, 在生物学与病理学研究中具有潜在应用价值.
3.2 基于其他识别位点H2Se荧光探针
尽管BS的N—Se—N键可被H2Se特异性断裂, 但在H2Se检测过程中仍存在不足[76-78]: 其一, N—Se—N键易与其他类型生物硫醇发生化学反应, 从而产生假阳性信号; 其二, 识别位点也被应用于ONOO⁻响应型探针, 因此, 内源性ONOO⁻可导致探针非特异性激活. 针对此问题, Tang课题组[70]以1,2-二硫杂环己烷-4,5-二醇为识别位点合成了新型H2Se荧光探针. 与链状结构的二硫键相比, 环状二硫键具有更高的稳定性, 且不易被生物硫醇(如Cys、GSH等)断裂. 如图9a所示, 探针通过酯键将识别单元与半花菁荧光团相连; 由于硒原子的“重原子效应”, 可有效淬灭染料荧光; 在与H2Se反应后, 荧光显著恢复, 从而实现信号的有效输出. 如图9b所示, NIR-H2Se探针在生物硫醇及硒代半胱氨酸(Sec)等潜在干扰物质存在下, 荧光强度未发生明显变化, 仅在H2Se存在时表现出显著增强, 充分排除了其他硫族化合物的交叉干扰, 表明该探针对H2Se具有良好的选择性与特异性.
图9 (a) Hcy-H2Se对H2Se的响应机制; (b)常氧与缺氧条件下Hcy-H2Se处理的活细胞荧光共聚焦图像[70]. (c) HBT-Se的检测机制; (d)基于纸基的HBT-Se传感机制[71]Figure 9 (a) Response mechanism of Hcy-H2Se toward H2Se; (b) Fluorescence confocal images of living cells incubated with Hcy-H2Se under normoxic and hypoxic conditions[70] (Copyright 2017 American Chemical Society). (c) Detection mechanism of HBT-Se; (d) Schematic diagram of HBT-Se paper-based sensor[71] (Copyright 2020 Elsevier) |
Zhang课题组[71]开发了一种基于激发态分子内质子转移(ESIPT)机制的比率型荧光探针HBT-Se, 可实现对H2Se的高选择性、高灵敏度检测. 如图9c所示, 该探针以2-(碘甲基)苯甲酸作为H2Se特异性识别单元, 通过酯键与ESIPT荧光团共价连接. 当H2Se与探针反应时, 触发分子内环化并释放硒代戊内酯衍生物, 同时生成游离酚羟基, ESIPT效应消失从而产生荧光信号. 将1 mmol/L探针溶液负载于聚偏二氟乙烯(PVDF)微孔滤膜制备成试纸, 在365 nm紫外光照射下, 可在30 s内肉眼分辨0~4.1 g/m3的H2Se蒸汽(图9d). 该纸基传感器兼具便携性与良好选择性, 适用于特殊场景中空气中H2Se的快速检测.
4 总结和展望
综上所述, 本综述详细介绍了H2Se分子供体的合成策略及其释放机制的研究进展, 同时总结了H2Se荧光探针在细胞检测中的应用. 研究表明, H2Se分子供体在特定刺激条件下可实现可控释放, 展现出良好的生物活性与治疗潜力; 而现有的H2Se荧光探针具备高选择性、高灵敏度以及优异的生物相容性, 能够实现活细胞乃至动物体内H2Se的实时、动态成像监测. 这些探针技术的发展为深入探究H2Se的生理功能及其在疾病发生发展中的作用提供了强有力的可视化工具.
目前H2Se的研究仍存在局限性. 尽管多种H2Se分子供体已被成功构建, 并可在特定刺激(如pH、酶、光或氧化还原环境)下实现H2Se的可控释放, 但其释放效率普遍偏低. 多数供体在生理条件下仅能发生部分转化, 导致H2Se的实际产率显著低于理论预期, 难以满足高需求场景下对H2Se持续且足量的供给需求, 因此, 如何实现H2Se的有效富集仍是亟待解决的核心问题. 同时, 避免分子供体在非靶向区域的非特异性释放, 提升其时空可控性与靶向精度, 已成为进一步提高治疗效果的关键策略. 此外, 由于H2Se在生物体内本底浓度极低, 现有荧光探针大多基于1∶1信号输出模式, 难以实现对生理过程中痕量H2Se动态变化的高灵敏度检测, 限制了其在复杂生物体系中的实时监测与定量分析能力. 因此, 未来研究应进一步优化分子供体的结构设计, 通过引入具有靶向识别功能的稳定基团, 增强组织或细胞特异性, 从而提升H2Se释放的效率与空间定位精度; 同时, 开发信号放大型H2Se探针, 以突破当前痕量检测的技术瓶颈, 为H2Se化学生物学机制的深入解析及其在相关疾病诊断与治疗中的应用提供更加高效、可靠的分子工具支持.
(Cheng, B.)