重金属污染与疾病发生和发展密切相关。环境中重金属经生物积累、转移和放大过程，对生物链各营养级产生严重危害，并对生态系统构成潜在毒性效应。中国科学院烟台海岸带研究所海岸带生态环境监测与健康研究组（陈令新研究团队）基于前期研究基础发展了HClO和SO₂衍生物双响应的分子荧光探针D-P，实现重金属单/双组分（Hg²⁺/Cd²⁺）复合暴露下生物体内氧化还原相关的活性物种的可视化动态监测。

探针D-P的分子结构中，苯基硫醚与C=C双键分别作为次氯酸（HClO）和二氧化硫（SO₂）的特异性响应位点；二者与对应底物反应生成不同化合物，并产生不同发射波长的荧光，从而实现对HClO和SO₂衍生物的区分检测（图1）。该探针能有效应用于植物、斑马鱼及人类细胞中，实时监测HClO与SO₂衍生物的动态变化。研究显示，重金属Hg²⁺/Cd²⁺复合暴露可引起植物和人体细胞中活性氧物种（如HClO）含量显著上升，复合暴露进一步加剧机体氧化应激水平，且存在协同增强效应。与此同时，机体通过激活自我防御机制调节 SO₂ 衍生物的生成量，以应对氧化损伤并试图维持氧化还原平衡。因此，SO₂ 衍生物的变化可间接反映细胞抗氧化应激的过程。

图1 分子荧光探针研究重金属复合暴露对机体氧化应激的示意图

研究中SO₂预处理小麦种子降低了重金属单一及其复合胁迫下HClO水平，减轻了重金属胁迫导致的氧化损伤，表明SO₂预处理可提高农作物对重金属胁迫的抗性，为提高农作物在重金属胁迫下的抗性提供了理论依据（图2）。此外，研究发现Hg²⁺诱导组的荧光信号高于Cd²⁺诱导组，表明Hg²⁺可能诱导更大的毒性，可导致更强的氧化应激（图3）。

图2 重金属Hg²⁺和Cd²⁺单一和复合暴露下小麦幼苗根尖成像研究

图3 重金属Hg²⁺和Cd²⁺单一和复合暴露HepG2细胞内源性HClO和SO₂衍生物水平的成像研究

该研究通过监测环境胁迫下机体活性分子的波动变化，在分子与活体层面上深入探究其作用机制；为探索重金属复合污染暴露的毒理效应、解析“污染与健康”之间的复杂关系提供了理论依据和技术支持。研究成果发表在国际期刊《Journal of Hazardous Materials》。文章第一作者是烟台海岸带所博士研究生张丽，共同通讯作者为张良伟副研究员、王晓艳教授和陈令新研究员。该研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会和泰山学者计划的支持。

论文信息：

Zhang Li,Tan Jiangkun,Yang Xintong,Fang Shujing,Wei Shaoyu,Liu Shudi,Zhang Liangwei,Wang Xiaoyan,Chen Lingxin. Dual Responsive Fluorescent Probe for Exploring Hypochlorite and Sulfur Dioxide in Different Heavy Metal Ions Related Stress Models[J]. Journal of Hazardous Materials,2025,496: 139543. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425024628