靶向脂滴的熒光探針在鐵死亡中實時監測硫化氫動態變化的創新研究

《Analytica Chimica Acta》:Lipid droplet-targeting fluorescent probes for monitoring hydrogen sulfide in ferroptosis

【字體: 時間:2025年05月12日 來源:Analytica Chimica Acta 5.7

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  本研究針對鐵死亡過程中硫化氫(H2S)動態監測的技術瓶頸,開發了兩種靶向脂滴(LDs)的熒光探針Pr-SERA和Pr-SERB。通過特異性識別H2S濃度變化,成功揭示了Erastin誘導下GSH耗竭導致的H2S遞減規律,為解析鐵死亡分子機制提供了突破性工具。

  

在細胞死亡的復雜交響曲中,鐵死亡(ferroptosis)作為一種獨特的程序性死亡方式,近年來成為生命科學研究的焦點。這種鐵依賴性的死亡形式與傳統的凋亡、壞死截然不同,其核心特征包括鐵離子蓄積、谷胱甘肽(GSH)耗竭和致命的脂質過氧化反應。尤其值得注意的是,鐵死亡與腫瘤抑制、腦出血等重大疾病存在密切關聯,這使得解析其分子機制具有重要的臨床意義。然而,在這個精密的死亡程序中,硫化氫(H2S)作為關鍵的信號分子,其動態變化規律始終如同蒙著面紗的舞者,難以被準確捕捉——這主要歸咎于缺乏有效的實時監測技術。

與此同時,脂滴(LDs)這些曾被簡單視為能量倉庫的細胞器,正逐漸展現出其在細胞代謝調控中的核心地位。從癌癥到糖尿病,LDs的結構和微環境異常已成為疾病的重要標志。更引人注目的是,研究發現H2S能顯著影響LDs的大小和數量,這為理解鐵死亡與LDs的交互作用提供了全新視角。面對傳統檢測方法(如色譜分析、電化學檢測)在時空分辨率上的局限,熒光成像技術以其非侵入、高靈敏的特性脫穎而出,成為破解這一科學難題的理想選擇。

云南大學的研究團隊在《Analytica Chimica Acta》發表的這項研究,開創性地將熒光探針技術應用于鐵死亡研究領域。團隊設計出兩種靶向LDs的熒光探針Pr-SERA和Pr-SERB,通過系統的光譜分析和細胞實驗,證實其能精準捕捉鐵死亡過程中H2S的動態波動。研究采用Erastin(鐵死亡誘導劑)和Fer-1(鐵死亡抑制劑)處理的細胞模型,結合斑馬魚活體成像,揭示了H2S水平與GSH代謝的緊密關聯。關鍵技術包括:1)基于電子供體-受體結構設計的雙探針系統;2)多溶劑體系熒光光譜表征;3)HepG2細胞鐵死亡模型構建;4)激光共聚焦顯微成像技術。

【背景】研究系統梳理了鐵死亡的發現歷程,強調其區別于凋亡的獨特形態學特征(無凋亡小體形成、染色質凝集等),并詳細闡釋了鐵代謝(TfR1/STEAP3/DMT1通路)、脂質過氧化和GPX4調控網絡。特別指出CD44通過介導透明質酸-鐵復合體內化,在鐵死亡中扮演新型鐵轉運體角色。

【結果】光學特性分析顯示,探針在有機相(如DMSO)中表現出顯著斯托克斯位移(>150nm),且對H2S的檢測限低至82nM。細胞實驗中,Erastin處理組熒光強度隨時間遞減,與GSH耗竭進程一致;而Fer-1處理組則呈現相反趨勢,驗證了H2S生成受GSH水平調控的假設。斑馬魚實驗證實探針具有良好的組織穿透性和生物相容性。

【結論與意義】該研究實現了三項重要突破:首次建立LDs-H2S-Ferroptosis三者的動態關聯;開發出能同時定位LDs和監測H2S的雙功能探針;為鐵死亡相關疾病診療提供新型分子工具。這些發現不僅深化了對鐵死亡調控網絡的認識,更開辟了通過H2S代謝干預疾病進程的新思路。正如研究者所言,這項技術將成為"解析活性分子在鐵死亡中作用機制的鑰匙",其應用前景涵蓋從基礎研究到臨床轉化的全鏈條創新。

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