马会民课题组JACS：研制出探测细胞铁死亡过程的光学探针

xihongshi

铁死亡是一种新发现的调控性细胞死亡过程，其发生原因是铁依赖性的脂类过氧化物累积，与活性氧物种（ROS）密切相关。作为活性最高的ROS，羟基自由基（·OH）已被证实可引发脂类过氧化反应。·OH在生物体内的主要产生途径同样依赖于铁的参与，因此可假设·OH是导致铁死亡过程中脂类过氧化的重要原因。然而，目前并不清楚铁死亡过程中·OH水平是如何变化的。另外，细胞质黏度的增加是细胞凋亡最典型的形态学特征之一。由于铁死亡与凋亡在形态上不同，因此考察铁死亡过程是否伴随着细胞质黏度变化及其与·OH和脂类过氧化有何关联，具有重要意义。

荧光成像

　　围绕上述问题，在国家自然科学基金委、科技部和中科院的大力支持下，马会民课题组的史文和李晓花等研究人员研制出了第一个可同时检测·OH和细胞质黏度的双功能荧光探针H-V。一方面，黏度的增加可限制H-V的分子内旋转，导致520nm处的荧光增强；另一方面，·OH对H-V的特异性羟基化及后续的结构重排作用，可引发共轭体系的扩展和652nm处的近红外荧光打开响应。因此，H-V可在两个互不干扰的信号通道内实现·OH和黏度的分别检测。H-V的荧光成像研究表明，细胞铁死亡过程伴随着明显的·OH生成、细胞质黏度增加以及脂滴的加速形成。其中，生成的·OH在总ROS中占据了绝大部分比例，这很可能是铁死亡过程中脂类发生过氧化的主要原因，并最终导致细胞质黏度的增加以及脂滴的快速形成。相关工作发表在 J. Am. Chem. Soc. (2019, 141, 18301-18307)上。


      铁死亡是一种铁依赖性的，以细胞内活性氧堆积为特征的非细胞凋亡形式的细胞死亡。铁死亡不具有细胞凋亡的形态学特征，没有传统细胞凋亡时出现的现象，如细胞皱缩染色质凝集凋亡小体的形成 细胞骨架的解体等现象的发生，但是通过电子显微镜，可以观察到线粒体明显皱缩伴膜密度增加，这是细胞凋亡所没有的 同时，铁死亡不能被细胞凋亡 细胞焦亡 细胞自噬的抑制剂所抑制，却可以被铁螯合剂 抗氧化剂等所抑制，因此铁死亡是铁依赖性的 以脂质活性氧增多为特点。


     马会民，中国科学院化学研究所研究员，博士生导师；中科院活体分析化学重点实验室和学术委员会副主任；中国科学院大学教授；国家杰出青年基金获得者。主要从事生物分子的光学探针与传感分析、生物光谱学与选择性探测研究。曾获中国分析测试协会科学技术一等奖、北京市科学技术二等奖、政府特殊津贴、《科学通报》优秀编委等。在Chem.Re、 Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc.等刊物上发表学术论文200余篇，并应邀（曾）担任《科学通报》、《Current Chemical Biology》、《分析化学》《分析科学学报》《光谱学与光谐分析》等刊物的编委。