靶向线粒体的近红外多功能荧光探针CNB-2：同步监测极性、粘度与过氧亚硝酸根(ONOO?)及其在铁死亡研究中的应用

本文推荐一种基于咔唑的线粒体靶向近红外荧光探针CNB-2，可同步检测线粒体极性、粘度和过氧亚硝酸根(ONOO?)。该探针具有快速响应（检测限51.3 nM）、大斯托克斯位移（130 nm）及多参数成像能力，成功应用于铁死亡过程中ONOO?动态监测，为线粒体微环境研究和疾病机制解析提供了创新工具。

　　

Highlight

本研究开发了一种新型靶向线粒体的近红外多功能荧光探针CNB-2，可同步监测线粒体极性、粘度和过氧亚硝酸根(ONOO^?)水平波动。该探针以咔唑为发光核心，喹啉盐为靶向基团，硼酸酯为识别位点，展现出三大技术亮点：

1. 对极性和粘度响应灵敏，荧光强度与极性对数/粘度值呈线性正相关

2. 检测ONOO^?时表现突出：响应速度＜30秒，选择性优于其他活性氧(ROS)，检测限达纳摩尔级(51.3 nM)，并具有130 nm超大斯托克斯位移

3. 成功应用于活细胞中线粒体微环境多参数成像，首次实现铁死亡过程中ONOO^?浓度变化的实时观测

Materials and instruments

实验所用分析级试剂、化学品及仪器详见支持信息。

Synthesis and characterization

探针CNB-2的详细合成路线见Scheme S1，其结构经核磁共振氢谱/碳谱(NMR)和高分辨质谱(HRMS)确证。

Spectral response of CNB-2

在二甲亚砜(DMSO)中配制1 mM储备液：

• 极性测试采用1,4-二氧六环/水混合体系

• 粘度测试使用甘油/水梯度混合溶液

• ONOO^?响应实验显示特征近红外荧光信号在650 nm处显著增强

Design and synthesis of CNB-2

该探针采用D-π-A结构设计（图1）：

• 电子供体(D)：咔唑单元（赋予优异光稳定性）

• 电子受体(A)：喹啉阳离子（线粒体靶向）+苯硼酸酯（ONOO^?特异性响应）

  这种"三位一体"结构使其突破传统单功能探针局限，首次实现线粒体微环境多参数同步可视化。

Conclusion

CNB-2作为首个能同步监测线粒体极性、粘度和ONOO^?的多功能探针，其创新性体现在：

1. 通过铁死亡模型揭示ONOO^?爆发式增长与线粒体功能障碍的关联

2. 大斯托克斯位移有效避免激发光干扰，提升成像信噪比

3. 为阿尔茨海默病等线粒体相关疾病的机制研究提供新型分子工具