可逆荧光探针PSeZ-QN实现线粒体自噬过程中HClO/GSH氧化还原循环与粘度动态变化的双模式监测

针对线粒体自噬过程中HClO/GSH氧化还原动态与粘度变化协同机制不明的难题，研究人员开发了基于硒原子氧化还原响应的可逆荧光探针PSeZ-QN。该探针通过TICT机制实现91倍（HClO）和531倍（粘度）荧光增强，成功应用于HeLa细胞内外源HClO/GSH循环监测及尼斯特林诱导的高粘度环境成像，为解析线粒体自噬调控机制提供了新型分子工具。

　　

线粒体作为细胞的能量工厂，其质量控制机制一直是生命科学研究的核心问题。当线粒体受损时，细胞会启动一种名为"线粒体自噬"（mitophagy）的自我清理程序，选择性清除故障部件。这一过程与活性氧簇（ROS）的爆发密切相关——尤其是次氯酸（HClO）这类强氧化剂，它能氧化蛋白质和脂质导致细胞损伤。有趣的是，氧化产物的堆积会显著增加细胞内粘度，而粘度变化又被认为是触发线粒体自噬的关键信号。与此同时，细胞内最重要的抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）则不断与HClO展开"拉锯战"，维持着微妙的氧化还原平衡。然而，科学家们始终缺乏能在活细胞中同时、动态监测这对"冤家"（HClO/GSH）与粘度变化的工具，严重阻碍了对线粒体自噬机制的深入理解。

为突破这一技术瓶颈，来自中国的研究团队在《Dyes and Pigments》发表了创新性成果。他们巧妙利用硒原子（Se）独特的氧化还原特性，设计出三种D-π-A结构的荧光探针（PSeZ-Py、PSeZ-ID和PSeZ-QN）。其中PSeZ-QN表现尤为亮眼：当Se原子被HClO氧化时，能立即关闭分子内电子转移（PET）过程，在648纳米处产生91倍荧光增强；而在高粘度环境下，氧化产物通过扭曲分子内电荷转移（TICT）机制进一步将信号放大531倍。更令人惊叹的是，该探针在HeLa细胞中成功实现了连续4次HClO/GSH氧化还原循环的可逆检测，并首次捕捉到尼斯特林（Nystatin）诱导的粘度升高与线粒体自噬的时空关联。

研究团队主要采用了分子荧光光谱分析、细胞荧光成像、氧化还原循环测试等关键技术。通过系统比较三种探针的光物理性质，发现PSeZ-QN的喹啉受体单元能显著增强近红外区荧光响应；借助高分辨率质谱和核磁验证了Se=O键的可逆转化机制；最后通过共聚焦显微镜实现了线粒体微环境多参数动态成像。

【Preliminary optical response】章节揭示，三种探针在HClO作用下均出现吸收蓝移现象，其中PSeZ-QN的发射波长最适合生物成像。

【Reversible response】实验证实，PSeZ-QN能在1分钟内完成HClO/GSH响应，氧化产物在50%甘油溶液中荧光量子产率提升17倍。

【Viscosity effect】研究表明，粘度升高会限制分子内旋转，使TICT态荧光寿命从0.36纳秒延长至2.91纳秒。

【Cell imaging】部分展示，探针能清晰显示线粒体内源性HClO爆发，并首次记录到自噬过程中粘度梯度的动态变化。

这项研究的突破性在于：①创建了首个能同步监测HClO/GSH循环与粘度变化的分子系统；②通过Se=O键的可逆转化实现了氧化还原信号的长期追踪；③为线粒体自噬与微环境互作研究提供了可视化工具。正如通讯作者Xiangzhi Song和Liu Yang强调的，该技术有望应用于神经退行性疾病中线粒体功能障碍的早期诊断，并为开发靶向调节自噬的药物提供新思路。国家自然科学基金和湖南省自然科学基金的支持，也体现了该成果在基础研究与临床转化中的双重价值。