A highly selective ratiometric fluorescent chemodosimeter derived from 4-hydroxynaphthalimide was designed and synthesized to image palladium species in living cells by virtue of a palladium-catalyzed depropargylation reaction, and it could monitor three typical palladium species (0, + 2 and + 4) without additional reagents.

Hypochlorous acid (HOCl) acts as a weak acid distributed mainly in acidic organelle lysosomes of phagocytes and plays a crucial role in the immune defense. The elaborate interrelation between the variations of HOCl levels in lysosomes and different physiological and pathological processes remains unclear. Thus, the accurate determination of lysosomal HOCl in living cells and in vivo is very important. Because of extremely low concentration and difficulty in distinguishing HOCl from OCl– under the physiological environment, it is still a great challenge to specifically monitor the intracellular intrinsic HOCl levels without exogenous stimulation, which impedes an exact understanding of its biological roles. In this paper, based on the electrophilic addition of Cl+ to sulfide moiety, we have developed a two-photon fluorescent probe O-(N-butyl-1,8-naphthalimide)-4-yl-N,N-dimethylthiocarbamate (NDMTC) for the specific determination of HOCl over OCl– and other bioactive molecules. Our results show that NDMTC possesses a detection limit of 7.6 pM, and it is the first fluorescent probe for detecting HOCl at the picomolar level. Furthermore, by introducing an alkylmorpholine group to the NDMTC framework, the lysosome-targetable derivative Lyso-NDMTC was obtained, and its ability to image HOCl in the lysosome organelles was clearly confirmed. Combined with two-photon fluorescence imaging of background suppression and deeper tissue penetration, NDMTC and Lyso-NDMTC were used to successfully visualize intracellular native HOCl and discern tumor tissue in mice. This study offers two perfect fluorescence imaging probes for further investigation of pathological roles of HOCl in various diseases.

Iron is an essential element in the composition of living organisms and plays a crucial role in a wide range of biological activities. The human body primarily obtains essential iron through the consumption of food. Therefore, it is vital for the health of human body to maintain iron homeostasis. The reducing character of the cellular microenvironment enables Fe2+ to occupy a dominant position within the cell. Hence, there is an urgent need for a simple and sensitive tool that can detect a large amount of Fe2+ in organisms. In this work, a highly specific fluorescent chemodosimeter NPCO ("NP" represents the naphthalimide fluorophore, and "CO" represents the carbamoyl oxime structure) for the detection of Fe2+ with excellent sensitivity (LOD = 82 nM) was constructed by incorporating a novel carbamoyl oxime structure as the recognition group. NPCO can be effectively employed for the detection of Fe2+ in food samples, living cells, and zebrafish. Furthermore, by using soybean sprouts as a model plant, the application of NPCO was expanded to detect Fe2+ in plants. Therefore, NPCO could be used as an excellent assay tool for detecting Fe2+ in organisms and is expected to be an important aid in exploring the mechanism of iron regulation.

Early treatment significantly improves the survival rate of liver cancer patients, so the development of early diagnostic methods for liver cancer is urgent. Liver cancer can develop from viral hepatitis, alcoholic liver, and fatty liver, thus making the above diseases share common features such as elevated viscosity, reactive oxygen species, and reactive nitrogen species. Therefore, accurate differentiation between other liver diseases and liver cancer is both a paramount practical need and challenging. Numerous fluorescent probes have been reported for the diagnosis of liver cancer by detecting a single biomarker, but these probes lack specificity for liver cancer in complex biological systems. Obviously, using multiple liver cancer biomarkers as the basis for judgment can dramatically improve diagnostic accuracy. Herein, we report the first fluorescent probe, LD-TCE, that sequentially detects carboxylesterase (CE) and lipid droplet polarity in liver cancer cells with high sensitivity and selectivity, with linear detection of CE in the range of 0-6 U/mL and a 65-fold fluorescence enhancement in response to polarity. The probe first reacts with CE and releases weak fluorescence, which is then dramatically enhanced due to the decrease in lipid droplet polarity in liver cancer cells. This approach allows the probe to enable specific imaging of liver cancer with higher contrast and accuracy. The probe successfully achieved the screening of liver cancer cells and the precise identification of liver cancer in mice. More importantly, it is not disturbed by liver fibrosis, which is a common pathological feature of many liver diseases. We believe that the LD-TCE is expected to be a powerful tool for early diagnosis of liver cancer.

Malondialdehyde (MDA) and formaldehyde (FA) are highly active carbonyl substances widely present in both biological and abiotic systems. The detection of MDA and FA is of great significance for disease diagnosis and food safety monitoring. However, due to the similarity in structural properties between MDA and FA, very few probes for synergistically detecting MDA and FA were reported. In addition, functional abnormalities in the Golgi apparatus are closely related to MDA and FA, but currently there are no fluorescent probes that can detect MDA and FA in the Golgi apparatus. Therefore, we constructed a simple Golgi-targetable fluorescent probe GHA based on hydrazine moiety as the recognition site to produce a pyrazole structure after reaction with MDA and to generate a C=N double bond after reaction with FA, allowing MDA and FA to be distinguished due to different emission wavelengths during the recognition process. The probe GHA has good specificity and sensitivity. Under the excitation of 350 nm, the blue fluorescence was significantly enhanced at 424 nm when the probe reacted with MDA, and the detection limit was 71 nM. At the same time, under the same excitation of 350 nm, the reaction with FA showed a significant enhancement of green fluorescence at 520 nm, with a detection limit of 12 nM for FA. And the simultaneous and high-resolution imaging of MDA and FA in the Golgi apparatus of cells was achieved. In addition, the applications of the probe GHA in food demonstrated it can provide a powerful method for food safety monitoring. In summary, this study offers a promising tool for the synergistic identification and determination of MDA and FA in the biosystem and food, facilitating the revelation of their detailed functions in Golgi apparatus and the monitoring of food safety.

Itaconate is an immunoregulatory metabolite produced by the mitochondrial enzyme immune-responsive gene 1 (IRG1) in inflammatory macrophages. We recently identified an important mechanism by which itaconate is released from inflammatory macrophages. However, it remains unknown whether extracellular itaconate is taken up by non-myeloid cells to exert immunoregulatory functions. Here, we used a custom-designed CRISPR screen to identify the dicarboxylate transporter solute carrier family 13 member 3 (SLC13A3) as an itaconate importer and to characterize the role of SLC13A3 in itaconate-improved hepatic antibacterial innate immunity. Functionally, liver-specific deletion of Slc13a3 impairs hepatic antibacterial innate immunity in vivo and in vitro. Mechanistically, itaconate uptake via SLC13A3 induces transcription factor EB (TFEB)-dependent lysosomal biogenesis and subsequently improves antibacterial innate immunity in mouse hepatocytes. These findings identify SLC13A3 as a key itaconate importer in mouse hepatocytes and will aid in the development of potent itaconate-based antibacterial therapeutics.

Drug-induced liver injury (DILI) not only poses a serious health threat to patients, but is also a major obstacle to the development of new drugs. The liver toxicity of many drugs is not detected until late in the development process or even after marketing, which significantly increases the cost of new drug development. This may be limited by the lack of tools to detect DILI. Studies have shown that abnormal changes in peroxynitrite (ONOO-) levels in the endoplasmic reticulum of liver cells may be an early manifestation of DILI. Therefore, the development of fluorescent probes to detect ONOO- in the endoplasmic reticulum may provide assistance in the detection of DILI and the screening of new drugs. Herein, we report a fluorescent probe, ER-N, capable of detecting ONOO- in the endoplasmic reticulum with high selectivity and sensitivity. The probe selects di(trifluoromethyl)benzene as the targeting group of the endoplasmic reticulum, which possesses excellent targeting to the endoplasmic reticulum, and provides a new design method for the establishment of other endoplasmic reticulum-targeting probes. In addition, the probe ER-N successfully realized the detection of endogenous and exogenous ONOO- in cells and zebrafish. More importantly, the probe ER-N was able to be used for tracing changes in the levels of ONOO- in the endoplasmic reticulum of cells and tissues under drug stimulation. Together, these results suggest that the probe ER-N has the potential to be a tool for DILI detection and new drug screening.