电子顺磁共振法检测活性氧和活性氮

EPR光谱可以提供有关自由基种类的特性、数量、动态和环境的专有数据。ROS和RNS在调节细胞的生理和病理生理通路中发挥着重要作用。通过利用线粒体（如图一）、一氧化氮合酶、内皮细胞和人中性粒细胞等生物系统进行自旋捕获，可以直接或间接观察O2^•−/HO₂^•形成。在类似的研究中，最常用的环硝基化合物可称为（DMPO）和5-二氧基磷酸-5-甲基吡咯啉n -氧化物（DEPMPO）（如图二）。

图1 线粒体ROS的产生和由于细胞抗氧化剂和金属相互作用的级联转化。^[1]

图2 环硝基自旋阱的结构。^[2]

用于ROS检测的最常用的自旋陷阱是基于吡咯的环硝基化合物，如DMPO和DEPMPO，它们分别与OH和O₂⁻自由基反应形成-OH和-OOH加合物。研究发现，与含有硝基自旋陷阱的环羟胺相比，环羟胺可以与O2−反应形成更稳定的加合物。最近的研究表明，OS在中风和创伤性脑损伤等各种神经元疾病中起重要作用。Dohi等开发了一种利用体外电子自旋共振（EPR）自旋捕获法在神经急症患者中检测自由基和OS的技术。采用体外EPR光谱法测定血液样本中烷氧基自由基水平，采用DMPO作为自旋阱。这种方法被认为是有用的，并可能证明对阐明神经急症的病理生理有价值。活性氧，如羟基和超氧自由基，在环境温度下的寿命太短，很难用EPR轻易检测到。

当使用快速扫描EPR时，通过共振在相对于电子自旋弛豫时间较短的时间内扫描磁场，并对数据进行处理，得到吸收谱。为了验证快速扫描EPR在自旋捕获中的应用，Mitchell等人^[3]利用黄嘌呤氧化酶和次黄嘌呤反应生成超氧化物，并用5-叔丁基羰基-5-甲基-1-吡啶- n -氧化物（BMPO）捕获超氧化物。他们观察到快速扫描EPR可以检测到较低浓度的BMPO-OOH自由基。快速扫描EPR将增加应用自旋捕获和稳定的氮氧化物来探索体内和体外重要的生物实验的机会，例如检测粪肠球菌产生的超氧化物，其检测率太低，无法通过其他方法检测。

在室温溶液中直接检测超氧自由基和羟基自由基等自由基是相当困难的。最受欢迎的自旋捕集剂是DMPO，它具有许多优点，例如最不具有氧化还原活性。常用的硝基自旋阱除DMPO外，如α-苯基- n -叔丁基硝基酮（PBN）和α-（4-吡啶基-1-氧化物）n -叔丁基硝基酮（POBN）等，其自由基加合物的EPR谱对自由基结构的依赖相对较小。BMOP衍生的加合物在EPR光谱中显示出更高的信噪比，这可能适用于亚硫酸盐、羟基和甲基自由基的检测。最近的发展已经允许使用几种方法直接检测溶液中的短寿命活性氧。为了研究重要的反应中间体（如氧鎓离子）的自旋构型，它们的反应性、寿命和电子构型还不是很清楚，Sibel Suzen等人^[4]合成了m-二甲氨基苯氧鎓离子的光前驱体。该方法实现了基态三态苯氧鎓离子的直接光谱检测和EPR研究。

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。

[1]. A. Abdel-Rahman, E.;  Mahmoud, A. M.;  Khalifa, A. M.; Ali, S. S., Physiological and pathophysiological reactive oxygen species as probed by EPR spectroscopy: the underutilized research window on muscle ageing. The Journal of Physiology 2016, 594 （16）, 4591-4613.

[2]. Kim, S.-U.;  Liu, Y.;  Nash, K. M.;  Zweier, J. L.;  Rockenbauer, A.; Villamena, F. A., Fast Reactivity of a Cyclic Nitrone−Calix[4]pyrrole Conjugate with Superoxide Radical Anion: Theoretical and Experimental Studies. Journal of the American Chemical Society 2010, 132 （48）, 17157-17173.

[3]. Zhao, H.;  Joseph, J.;  Zhang, H.;  Karoui, H.; Kalyanaraman, B., Synthesis and biochemical applications of a solid cyclic nitrone spin trap: a relatively superior trap for detecting superoxide anions and glutathiyl radicals. Free Radical Biol. Med. 2001, 31 （5）, 599-606.

[4]. Suzen, S.;  Gurer-Orhan, H.; Saso, L. Detection of Reactive Oxygen and Nitrogen Species by Electron Paramagnetic Resonance （EPR） Technique Molecules [Online], 2017.