氧化应激是一种由氧化还原稳态失调引起的病理生理状态，其主要特征是氧化剂生成过多而抗氧化能力不足[1],[2],[3],[4]。在这个平衡中，活性氧物种（ROS）和活性氮物种（RNS）是关键的氧化剂。它们可以内源性产生，也可以由外源性刺激诱导产生。氧化剂的细胞损伤潜力通过活性硫物种（RSS）和硫相关蛋白得到缓冲，这是确保氧化还原环境动态稳定的关键抗氧化系统[5],[6],[7]。
RSS是一类含硫的生物分子，如生物硫醇（包括同型半胱氨酸（Hcy）、L-半胱氨酸（L-Cys）、谷胱甘肽（GSH）、硫化氢（H2S）、过硫化物（R-S-SH）和多硫化物（R-S-Sn-S-R', n ≥ 0）[8],[9],[10],[11]。这些分子在清除过量氧化剂和调节氧化还原信号通路方面发挥着不可或缺的作用。生物硫醇的相互关联的生物合成、氧化还原循环和转运体现了这种功能协调（图1）。细胞通过γ-谷氨酰转肽酶（GGT）裂解细胞外的GSH/GSSG，或通过ASCT转运蛋白直接摄取Cys（以及通过系统Xc−摄取Cys）来获取Cys。细胞内的Cys迅速被硫氧还蛋白还原酶1（TrxR 1）还原为Cys，然后Cys被谷氨酸-Cys连接酶（GCL）和谷胱甘肽合成酶（GS）用于新生GSH的合成。Cys和GSH通过硫醇-二硫化物交换来清除ROS。此外，转硫化途径通过半胱硫氨酸β-合成酶（CBS）和半胱硫氨酸γ-裂解酶（CSE）将Hcy转化为Cys，从而支持GSH的生物合成和氧化还原缓冲。
这个复杂的小分子网络由关键的硫相关蛋白补充和精细调节。这些蛋白包括硫氧还蛋白（Trx）、TrxR、谷胱甘肽还原酶（GR）和甲硫氨酸亚砜还原酶（Msrs），它们在活性位点利用Cys残基催化关键的氧化还原反应，以及GGT和谷胱甘肽S-转移酶（GSTs），后者调节谷胱甘肽的代谢。这些蛋白的协调活动对于维持细胞内的氧化还原平衡至关重要[12],[13],[14],[15],[16],[17]。破坏这种平衡会引发氧化应激和随后的病理反应，这些都与癌症、神经退行性疾病、心血管疾病、糖尿病和胃肠道疾病等密切相关[18]。因此，开发新技术以更好地研究活细胞、组织和整个动物体内的RSS及相关蛋白对于更全面地了解这些活性物种在生理和病理中的作用至关重要。
荧光成像技术作为一种强大的工具，在生物医学研究中用于可视化分子动态，因为它具有高灵敏度、时空分辨率和非侵入性监测能力[19],[20],[21],[22],[23],[24],[25],[26]。小分子荧光探针的合理设计使得在活体系统中能够敏感、选择性和生物相容性地检测RSS和硫相关蛋白。这一能力对于阐明它们的生理功能，特别是在氧化应激相关的病理过程中，至关重要。尽管取得了这些重大进展，但目前文献中还缺乏系统分析这些发展的综合性综述。
为填补这一空白，本文全面总结了用于研究氧化应激背景下硫氧化还原生物学的最新小分子荧光探针进展。它深入分析了荧光响应机制、生物应用以及这些代表性探针揭示的相关病理发现。最后，它评估了当前的挑战和未来前景，旨在为化学、生物学和医学领域的研究人员提供有价值的见解和指导。
