能够监测复杂生物网络的化学工具是评价生物信号的一种有力手段。甲醛（FA）不仅是细胞代谢的副产物，也是通过碳循环进行嘌呤合成的信号分子。高浓度（mM数量级）的FA与衰老、癌症和阿尔兹海默症的病理原因息息相关。而多大浓度的FA可使细胞从生理状态转变为病理状态仍未可知，因此，开发合理的方法研究相关临界浓度显得尤为重要。

近日，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Jefferson Chan教授课题组合成了一系列光活化的FA供体（photoFADs），通过其荧光增强表明FA释放的能力，并根据光致动力学、生物相容性、亚细胞定位和细胞滞留等方面选择合适的供体用于评估抑制HEK293细胞伤口愈合的FA浓度。相关成果以“A Photoactivatable Formaldehyde Donor with Fluorescence Monitoring Reveals Threshold To Arrest Cell Migration”为题发表在J. Am. Chem. Soc.上（DOI: 10.1021/jacs.9b11899）。

每一个photoFADs含有一个光不稳定的硝基苄基基团，通过缩醛键与硅氧杂蒽染料相连（Figure 1a）。烷基化的硅基荧光团由于受到电子推拉体系的干扰以及近端硝基的供体光致电子转移（d-PeT）的影响而表现出荧光淬灭现象。在光的照射下，photoFADs分解形成半缩醛中间体，随后自发裂解形成FA和相应的染料，并产生荧光（Figure 1b）。

（来源：J.Am. Chem. Soc.）

经过一系列的预实验，作者选择photoFAD-3为最佳化合物进行后续实验。作者以硅氧杂蒽酮1为原料经N-氯代琥珀酰亚胺处理形成氯代硅氧杂蒽酮2；随后用叔丁基二甲基氯硅烷保护羟基形成硅醚，以33%的产率得到化合物3；在叔丁基锂和1-溴-2(三氟甲基)-苯的作用下，得到染料4。最后，化合物4经5-[1-(氯甲氧基)乙基]-6-硝基-1,3-苯并二恶唑（CNDB）烷基化，以45%的产率得到photoFAD-3（Scheme 1）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

制备了photoFAD-3之后，作者首先进行了光谱测试。photoFAD-3在未活化状态表现出荧光淬灭（Figure 2a）。随着照射时间的增加，photoFAD-3表现出139倍的荧光增强（k_release=137 nM/min）（Figure 2b，2c）。此外，作者观察到photoFAD-3和荧光染料4在HEK293细胞中并没有明显的细胞毒性（Figure 2d），且两种化合物均定位于细胞质中。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

随后，作者致力于对photoFAD-3释放的FA进行量化研究。作者对经photoFAD-3染色的HEK293细胞进行不同时间的照射，并用荧光显微镜对其进行成像（Figure 3a）。然后，作者裂解细胞，用荧光光谱法对信号进行定量分析。在已知细胞裂解物的荧光强度与化合物4的浓度呈正比的前提下（Figure 3d），作者根据每个样品中的细胞数量，计算在不同照射时间下单个细胞释放的FA浓度。除此之外，作者还使用具有较大成像窗口的IVIS荧光仪进行成像实验（Figure 3b），并获得与荧光显微镜成像一致的结果。以上结果表明photoFAD-3在多个成像平台上具有应用价值。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）

最后，作者用photoFAD-3测定细胞对FA解毒能力的阈值。作者合成了一种对照试剂（Ctrl-photoFAD-3），其不具有缩醛键，因此只释放染料和光控片段，并不产生FA。作者将HEK293细胞用于伤口愈合实验并揭示细胞的增殖和迁移，用Ctrl-photoFAD-3和photoFAD-3对细胞进行染色并照射0-180秒，在24小时内监测伤口闭合的速率（Figure 4a）。Ctrl-photoFAD-3的激活对伤口愈合没有明显的影响，而photoFAD-3的激活导致时间依赖性的伤口愈合下降（Figure 4b）。特别的，在细胞的FA浓度高于2.2 μM时，伤口难以愈合。另外，长时间的照射使细胞失去了粘附能力（Figure 4c）。

（来源：J. Am. Chem. Soc.）