锌离子与亚硝酰氢的交互响应信号通路对修复脑损伤的调控

细胞内锌（Zn^{2 +}）池的平衡紊乱与脑部疾病密切相关。据报道，在缺血/再灌注（I/R）过程中高水平的游离Zn²⁺可导致神经细胞氧化应激损伤。鉴于亚硝酰氢（HNO）会加重大脑I/R过程中的神经损伤，在某些生理条件下Zn²⁺和HNO之间可能存在相互调节作用。为了揭示这种潜在的小信号分子之间的交互响应，海南医学院功能材料与分子影像研究PI团队设计了一种基于氨基香豆素衍生物的双光子荧光探针CHP-H和CHP-CH₃来监控细胞和小鼠海马I/R模型中的细胞内Zn²⁺水平。曲阜师范大学研究生李明顺为第一作者，我院青年教师邢艳珑副教授为指导教师，海南医学院急诊创伤学院于法标教授为通讯作者。合成探针在模拟的生理条件下具有出色的Zn²⁺检测分析性能。利用锌离子探针CHP-H和HNO探针Cyto-JN对细胞I/R模型进行荧光成像。结果证实，HNO可以刺激Zn²⁺释放，而细胞内Zn²⁺的增加不能上调HNO的水平。结合小鼠海马组织的深层组织成像，本研究开发的探针有望为临床脑相关疾病中HNO对Zn²⁺释放的调节作用的医学诊断评估提供潜在的方法。

基于探针出色的检测性质，应用探针评估不同组海马神经元细胞（HT22）内Zn²⁺与HNO之间的相互调控以及利用流式细胞仪评估和分析不同组细胞的凋亡。正常条件下几乎检测不到细胞内HNO和游离Zn²⁺，而在HNO刺激下，探针Cyto-JN的红色荧光显示出细胞中HNO的水平，而探针CHP-H逐渐增强的绿色荧光结果证实了细胞内HNO的增加可以诱导细胞中Zn²⁺池中释放出游离的Zn²⁺；同时细胞的凋亡率呈逐渐增加的凋亡趋势，证实过量的HNO可以诱导细胞凋亡。然而高水平的外源性Zn²⁺却不能刺激细胞内HNO的产生。因此，Zn²⁺与HNO在活细胞中的相互调控是单向的即HNO水平的升高会促进Zn²⁺从细胞内的Zn²⁺池中释放，但细胞内游离Zn²⁺的升高并不能调节HNO的生成。

HNO刺激的I/R细胞模型中验证了探针CHP-H具有作为内源性游离Zn²⁺爆发的化学工具的潜力。此外，通过再小鼠海马I/R模型中进行Zn²⁺/HNO互相调控作用验证了探针CHP-H能够追踪小鼠海马中Zn²⁺浓度的变化，并能够穿透深部组织进行生物成像。这些生物成像结果进一步阐明了在小鼠海马I/R过程中，HNO对Zn²⁺的正向调控作用，游离Zn²⁺对HNO无法进行反向调控。

这一成果近期发表在Elsevier期刊Sensors and Actuators B: Chemical (SCI期刊，中科院一区top，影响因子6.393)上。论文详细信息请见：https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.127772