缺氧是恶性肿瘤发生、发展过程中普遍存在的现象，其产生主要与肿瘤无限制生长、氧耗增加、血供不足及肿瘤组织血管发育不良等有关，也是临床多种疾病共有的病理过程。缺氧环境下的肿瘤细胞易发生转移，并且能增加对放疗、化疗的抗拒性，从而降低了治疗效果。因此，研究缺氧的发生和发展规律，对临床治疗、增强机体代偿适应能力都有重要意义。另一方面，肿瘤细胞缺氧通常可导致胞内的硝基还原酶(nitroreductase)的增加。在缺氧条件下，以还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide, NADH)作为电子供体，细胞内的硝基还原酶可催化多种外源硝基芳香族化合物发生单电子转移，生成硝基阴离子自由基，随后进一步被还原成羟胺或氨基。这种还原行为不仅用在药物的激活和硝基芳香族化合物的生物降解，同时也可用来设计含硝基的荧光探针检测实体瘤细胞的缺氧状况。然而，目前通过检测细胞内硝基还原酶进而研究缺氧的荧光探针相对匮乏。
马会民课题组以7-羟基-3H-吩恶嗪-3-酮（resorufin）为荧光母体，5-硝基呋喃作为特异性反应基团，设计合成了一种检测硝基还原酶及细胞缺氧的新型荧光探针，7-[(5-硝基呋喃-2-基)甲氧基]-3H-吩恶嗪-3-酮（Anal. Chem. 2013, 85, 3926−3932）。该探针以5-硝基呋喃作为反应性底物，并联用resorufin荧光团的7-羟基封闭后而引起荧光淬灭而设计。在NADH存在下，探针与硝基还原酶反应其硝基可被还原为羟胺或氨基，并发生1,6-重排与消除反应，从而释放出resorufin荧光母体，导致溶液荧光显著增强、颜色由无色变成紫红色。据此，构建了高灵敏度、高选择性的检测硝基还原酶的荧光分析法，检测限可达0.27 ng/ml。该探针毒性低、生物兼容性好，能够用于Hela 和 A549 细胞在正常和缺氧条件下的荧光成像分析（见下图1），并揭示出在表观上实体瘤细胞内的硝基还原酶的浓度随着缺氧程度的增加而增加。因而，该探针可通过检测硝基还原酶的变化研究细胞的缺氧行为。
图1 用于硝基还原酶检测的荧光探针及其在细胞成像中的应用
