氧化应激原位动态观察新方法及其在全氟化合物水生动物毒性研究中的应用

Oxidative stress is a crucial mechanism of pollutant toxicity, and it is also a key content in the study of pollutant toxicity. Currently, the main method for the study of oxidative stress is to detect the redox related enzymes and stable small molecules in biological tissue, or to in-situ detect a specific reactive oxygen species. However, it is difficult to achieve continuous and dynamic monitoring of the whole oxidative stress process with these methods, which is unfavorable for understanding the effects of oxidative stress on pollutant toxicity. In this project, we attempt to design and synthesize new reversible fluorescent probes to achieve the in-situ and continuous fluorescent imaging of oxidative stress in living aquatic animals. On the basis of these research, the toxicity mechanism of perfluorinated compounds to aquatic animals and the contribution of each reactive oxygen species / reactive nitrogen species to the toxicity will be studied using zebrafish as the model animal, and the feasibility of screening highly effective detoxification substances will be discussed. The expected accomplishment of this project will provide technological platform for investigation of the mechanism of environmental pollutant toxicity, which will be helpful in the understanding of toxic effects of environmental pollutants and providing new approaches for detoxification screening and detoxification ability evaluation.

氧化应激是污染物毒性的主要机制之一，也是污染物毒性研究中的一个重点内容。目前氧化应激相关研究中，主要方法是离体检测生物组织中氧化还原平衡相关酶类和较稳定小分子，或在原位检测生物体中某种活性氧，但均难以实现整个氧化应激过程的原位连续动态监测，对于深入理解污染物毒性机制十分不利。本项目拟根据水生动物特点，以巯基、对苯酚、硒醚为氧化应激的可逆识别基团，以萘二酰亚胺和BODIPY为荧光团，设计并合成新型小分子荧光探针，实现活体水生动物体内氧化应激状态的原位连续动态荧光成像。在此基础上，以斑马鱼为模式动物，研究全氟化合物对斑马鱼的毒性机制和各活性氧/活性氮对毒性的贡献，并探讨从分子机制上筛选高效解毒物质的可行性。本项目的完成，将实现活体水生动物氧化应激的动态可视化观察，为环境污染物毒性机制的深入研究提供技术平台，加深对毒性效应的理解与认识，并为解毒物质筛选与解毒能力评价提供新的思路。

氧化应激是污染物毒性的主要机制之一，也是污染物毒性研究中的一个重点内容。目前氧化应激相关研究中，主要方法是离体检测生物组织中氧化还原平衡相关酶类和较稳定小分子，或在原位检测生物体中某种活性氧（ROS），但均难以实现整个氧化应激过程的连续动态监测，对于深入理解污染物毒性机制十分不利。本项目针对氧化应激相关的活性氧及活性硫物质，设计并合成了多种新型荧光探针，实现活体水生动物体内氧化应激状态的原位连续动态荧光成像。在此基础上，以斑马鱼为模式动物，初步探究了全氟化合物对斑马鱼的毒性机制。主要研究内容和结果概括如下：. 1、以萘酰亚胺为荧光团，硒代吗啉为识别基团，对甲苯磺酰胺为内质网靶向基团，构建了内质网靶向的次氯酸根动态可逆荧光探针N-Se。探针本身几乎无荧光（荧光量子产率为0.0062），当硒代吗啉中的Se被次氯酸根氧化为Se=O后，生成的产物N-SeO在540 nm处发射出强烈荧光（荧光量子产率为0.11）。N-SeO的Se=O可以被细胞内高浓度的GSH还原为N-Se，从而实现氧化还原动态可逆响应。. 2、开发了具有红色荧光的N，Zn共掺杂CDs（NZnCDs），用于可逆检测生物体内的过氧亚硝酸根。NZnCD表面有邻苯二酚残留物。醌/苯酚的可逆转变及其对CdS荧光的不同影响为氧化还原可逆传感器奠定了基础。NZnCD的荧光发射波长为619nm，量子产率为0.21，可选择性被过氧亚硝酸根猝灭，随后可被GSH有效还原并恢复荧光，实现生物体内氧化还原动态可逆变化的实时成像。. 3、设计开发多种其它活性氧/活性硫荧光探针，并用于细胞中各种内源活性氧/活性硫的荧光成像。. 4、在全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）引起斑马鱼中毒过程中，将所合成的荧光探针用于观察斑马鱼氧化还原平衡状态变化情况，评估用于研究环境污染物毒性效应机制的可行性。