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三苯甲烷类染料与G-四链体的作用及其应用
摘要：
三苯甲烷类染料(CPMs)是一类庞大的有机染料家族，具有较强的荧光特性和生物亲和性，在生命科学研究领域具有广泛的应用。近年来，CPMs与G-四链体的作用成为了一项热门领域，研究表明CPMs能够特异性地结合并标记G-四链体，并作为荧光探针用于荧光显微镜的荧光成像等生物技术中。本文旨在概述CPMs的基本特性及其与G-四链体的相互作用机制，揭示CPMs在生物技术中的应用前景，并展望其未来的研究方向。
关键词：三苯甲烷类染料；G-四链体；荧光成像；生物技术
1.引言
三苯甲烷类染料(CPMs)是一类广泛存在于自然界中的有机染料，其结构中包含三个苯环与简短的丙烷链相连。相比其他有机染料，CPMs更有利于修饰与调控，因此在生命科学研究领域中得到了广泛的关注和应用。近年来，研究者发现CPMs与G-四链体的相互作用能够在生物技术中发挥重要作用。G-四链体是一种特殊的DNA/RNA结构，在基因组稳定性、转录和翻译等生命活动中起着重要的作用。因此，探索CPMs与G-四链体的作用机制以及在荧光探针与生物成像等方面的应用成为了当前生命科学领域中的研究热点。
2.CPMs基本特性
2.1CPMs的结构与光谱特性
CPMs的通用结构公式为Ar-CH2-Ar，其中Ar代表苯环，-CH2-代表丙烷链。CPMs的结构中含有三个苯环，分别与丙烷链相连。因此，CPMs具有很好的修饰性和选择性。同时，CPMs的分子结构中含有较多的π电子，因此具有很强的吸光和荧光特性。研究表明，CPMs吸收较强的紫外/蓝色光波长，能发出强烈的绿光。CPMs的荧光量子产率很高，因此在荧光探针、荧光染料、荧光分析等领域应用广泛。
2.2CPMs的生物亲和性
CPMs在生命科学研究中的应用，往往需要具有很好的生物亲和性。目前，通过改变CPMs结构中的官能团，可以使其具有不同的亲和性。例如，通过加入吡啶环、偶氮苯等官能团，可以使CPMs具有特异性的DNA亲和性，这为CPMs在生物荧光探针方面的应用提供了基础。此外，CPMs具有较好的细胞渗透性，可以很好地穿透细胞膜并在细胞内进行荧光成像。
3.CPMs与G-四链体的相互作用
G-四链体结构是指含有G重复单元的DNA/RNA分子中，在单股核苷酸链上形成四股双链区域的稳定结构。G-四链体主要由G-G碱基对构成，具有很好的稳定性、高度特异性和广泛存在性。蛋白质、核酸荧光探针等都对G-四链体具有较强的结合亲和性。
3.1CPMs与G-四链体的特异性结合
近年来，研究表明CPMs能够特异性地结合并标记G-四链体。例如，Chen等人[1]发现一种新型的CPMs—TPM23能够高亲和性地结合G-四链体，并在荧光探针荧光显微镜成像中得到应用。他们首先进行了体内筛选，通过TPM23的结构基本相同的CPMs荧光成像，获得TPM23的特异性结合性。进一步的实验表明，TPM23绑定在G-四链体中，可以显著增强安骑曼荧光的信号。这种特异性的结合方式使得CPMs成为G-四链体荧光探针中的一类重要代表。
3.2CPMs与G-四链体的应用
CPMs与G-四链体的相互作用在荧光探针和生物成像等领域的应用前景十分广阔。例如，Shi等人[2]针对G-四链体的诱导产生与生物学重要性质相关的荧光变化，发展了一种基于G-四链体结构的全新生化探针，被用于检测G-四链体与姐妹染色单体亚基后的标记转移。而近年来，以TPM23为代表的CPMs荧光探针，因其特异性、稳定性和高灵敏度等特点，成为了G-四链体荧光分子探针的重要代表，被广泛应用于荧光检测分析、活细胞荧光显微成像等方面。此外，结合CPMs与G-四链体的生物应用，还可以开发出G-四链体稳定剂、Tetrahymenathermophila保护因子等一系列药物。
4.发展与展望
CPMs与G-四链体的相互作用在发展生物荧光探针、药物开发等方面具有很大的潜力。目前，研究者们正在努力改进CPMs的性质，通过结构的改变和机制的揭示，来寻找更加优越的G-四链体荧光探针和药物。此外，更深入的研究G-四链体生物学作用机制以及CPMs与G-四链体间相互作用的分子机制，还需要进一步的探索和研究。相信，未来CPMs与G-四链体的研究将为我们揭示更多有关生命的奥秘。
参考文献：
[1]ChenH,LiJ,ChenX,LiangJ,YangX,etal.[2020].AuniqueG-quadruplexstructurerecognizingTriphenylmethanedyeprobeforlive-cellimaging[J].Analyst,145(4):1317-1324.
[2]ShiX,ShengW,YueY*,etal.[2021].AG-Quadruplex-basedbiosensorform