本网讯 近日，湖北时珍实验室中药生态农业团队刘大会教授、冯书敏副教授联合华中师范大学冯国强教授，成功开发出一种名为NIR-RS的近红外比率荧光探针，为定量检测中药中SO2残留量及活体生物成像提供了全新视角和强大工具。相关研究成果以“A NIR and ratiometric fluorescent probe for quantitative detection of SO2 derivatives in Chinese medicinal materials and bioimaging in vivo”为题发表于Chinese Chemical Letters（中科院1区Top，JCR分区Q1，IF:9.4），湖北中医药大学药学院研究生武美彤和本科生吴珂为第一作者，冯书敏副教授、刘大会教授和冯国强教授为共同通讯作者。
中药材一般通过硫磺熏蒸或焦亚硫酸钠浸泡来确保长期储存和良好色泽。当前市场上某些商家为获取更高的经济效益而滥用硫磺，致使中药材SO2严重残留，不仅降低药效，还可能引发健康问题。药典中SO2检测方法操作繁琐，耗时较长，因此开发一种快速检测工具迫在眉睫。
研究团队开发的NIR-RS探针具有高灵敏度、高选择性和快速响应的特点，该探针基于香豆素-半罗丹明杂合结构，展现出近红外荧光、优异的水溶性和高量子产率。当加入SO2时，NIR-RS在远红外和近红外区域（λem=582和702nm）显示出明显的比色和比率荧光变化，检测限低至50nM，且对HSO3⁻具有高度选择性，其他生物相关分析物几乎不干扰检测，表现出卓越的灵敏度和优异的选择性。此外，NIR-RS在较宽的pH范围内对HSO3⁻的检测表现出稳定性，这为其在环境和生物研究中的应用提供了可能。
探针NIR-RS检测SO2的传感机制以及在体内成像SO2的示意图
研究人员利用NIR-RS探针对不同浓度焦亚硫酸钠处理的半夏样品进行了检测。结果显示，NIR-RS能够成功检测样品中的SO2含量，相对标准偏差（RSD）小于5%，且与药典酸碱滴定法的结果高度一致，回收率在98.46%到102.40%之间，证明了NIR-RS在精确检测半夏样品SO2含量方面的可靠性。值得一提的是，相较于传统药典检测方法，荧光检测法大大的缩短了前处理步骤跟检测时间，为SO2含量的快检提供了一种快速检测手段。
半夏中药材SO2残留的检测结果
此外，研究人员观察到具有SO2残留的半夏样品会导致线粒体内膜电位升高，使得细胞内ATP异常增加，且随着SO2浓度的升高，线粒体产生ATP的能力不断增强。实验使用0g/kg-5g/kg焦亚硫酸钠处理的半夏样品和Rho-ATP（一种ATP荧光探针）共孵育细胞，细胞表现出越来越强的绿色荧光，而用ATP酶处理的细胞则产生微弱的绿色荧光，表明SO2过量的半夏样品会通过改变ATP途径影响生物体的生长机制，为研究人员探索体内SO2残留过多的半夏的生理效应提供了新的方向。
含SO2半夏样品诱导线粒体ATP升高示意图及实验结果
研究还进一步实验证实了NIR-RS可以动态监测焦亚硫酸钠处理的半夏样品在体内的代谢途径，并探究高浓度SO2对生物体器官的损伤。实验前，使用焦亚硫酸钠处理的半夏样品灌胃处理小鼠数日，开始实验后将NIR-RS静脉注射至小鼠体内开始成像，此时NIR-RS在肝脏和肾脏710nm的荧光信号增强。当半夏中SO2含量值超过药典规定150mg/kg时，会使得探针在肝脏中高浓度异常聚集，这可能是由于肝脏代谢能力受到了影响。同时，高SO2残留半夏样品会导致小鼠肝脏和肾脏中SO2水平升高，该工作明确了半夏样品SO2残留量的代谢路径。通过毒理学实验观察，高浓度SO2可能引发小鼠机体肺纤维化和胃黏膜损伤，为研究SO2残留半夏的病理和生理毒性开辟了新途径。
NIR-RS成像焦亚硫酸钠半夏灌胃的小鼠和小鼠器官切片成像
本研究开发的NIR-RS探针为检测中药中的SO2提供了一种快速、有效的工具，为药材产地加工提供合理建议，保障中药质量和用药安全。同时，NIR-RS探针在生物成像中的成功应用，为研究SO2衍生物的代谢途径和生理作用开辟了新途径，有助于深入理解SO2残留对生物系统的潜在影响，为中药的安全性和有效性研究提供了新的科学依据和技术支持。这项研究不仅为中药领域的质量控制和安全性评估提供了创新思路，也为生物医学研究中对SO2相关生理和病理过程的探索提供了新的技术手段，具有重要的科学价值和应用前景。
相关研究得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、湖北省自然科学基金项目等支持。
