細胞鐵死亡是一種與人類疾病息息相關的細胞死亡方式，目前發現的與細胞鐵死亡相關的疾病就包括了癌癥，神經性疾病，器官衰竭、免疫系統疾病等。鐵死亡是由鐵離子依賴的脂質過氧化物過度累積而導致的一種細胞死亡方式，在細胞形態、生物學特征和機制調控中具有獨特特征并明顯區別于細胞凋亡。脂質代謝在鐵死亡發生過程中發揮著重要作用，ROS相關的脂質過氧化積累會影響脂滴等亞細胞器的結構和極性等理化性質。因此設計極性響應的探針用于實時監控脂滴等亞細胞器在鐵死亡過程中的結構和極性等理化性質的變化，對于鐵死亡機制的進一步深入研究具有重要意義。

圖1. A) CQPP的結構及設計策略；B) D-π-A化合物的示意圖

最近，我校化學學院毛宗萬教授團隊與新加坡國立大學的劉斌教授團隊合作，通過調控熒光探針骨架的電子供體和受體結構，結合探針的親脂性以及對核酸的結合能力，開發了用于監測細胞微環境極性變化的脂滴和細胞核雙靶向熒光探針CQPP。

圖2. CQPP自身及與DNA相互作用的光物理性質

在溶液環境中，該探針可以對環境極性的變化表現出極為敏感的比例型熒光發射和熒光壽命信號變化。同時，由于該探針中引入了能夠與核酸結合的喹啉鎓鹽基團，CQPP也表現出對核酸敏感的近紅外熒光點亮和熒光壽命增強。

圖3. CQPP在鐵死亡過程中極性變化監測中的應用

細胞成像實驗表明，探針CQPP可以有效地進入細胞，并分別在脂滴及細胞核發射可區分的綠色熒光和紅色熒光信號。進一步利用比率型熒光成像和雙光子熒光壽命成像（FLIM）技術，以細胞核的信號作為參考，探針CQPP成功地檢測到在Erastin或RSL3誘導的鐵死亡細胞模型中脂滴極性的增加和脂滴-細胞質同質化的現象。同時，由于CQPP對核酸良好的親和力，通過分析脂滴和細胞核的熒光壽命區別，該探針可進一步區分鐵死亡與凋亡之間的差異。該工作對鐵死亡的細胞形態學研究以及機制研究具有意義，同時，該工作將為治療鐵死亡相關的疾病提供一定的理論指導。

該研究成果發表在Angewandte Chemie International Edition上，并被評選為熱點文章。毛宗萬教授課題組的博士畢業生王康男和在讀博士生劉柳宜為該論文的共同第一作者，毛宗萬教授和新加坡國立大學的劉斌教授為該論文的通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金，廣東省自然科學基金等項目的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202104163