靶向溶酶体的萘酰亚胺荧光探针BiNIT：Fe3+特异性检测与铁代谢调控研究

针对溶酶体铁代谢紊乱导致的Fe3+蓄积和铁死亡问题，研究人员开发了水溶性双萘酰亚胺荧光探针BiNIT。该探针通过硫醚键连接结构和季铵基团修饰，实现溶酶体靶向与Fe3+特异性结合，其荧光淬灭机制涉及Fe3+诱导的纳米颗粒聚集。研究为铁稳态和氧化应激研究提供了新型分子工具。

　　

铁是生命活动不可或缺的元素，参与氧运输、DNA合成和能量代谢等关键过程。溶酶体作为细胞内重要的"回收站"，在铁代谢调控中扮演核心角色。当溶酶体Fe³⁺调控失衡时，过量的铁会引发膜脂过氧化，最终导致铁死亡（ferroptosis）——一种新近发现的程序性细胞死亡形式。这种代谢紊乱与神经退行性疾病、癌症和贫血等多种疾病密切相关。然而，由于缺乏高选择性、能穿透溶酶体膜且适应其酸性环境的检测工具，科学家们一直难以精确监测溶酶体内Fe³⁺的动态变化。

为解决这一技术瓶颈，中国科学院的研究团队在《Bioconjugate Chemistry》发表了创新性研究成果。他们设计合成了一种名为BiNIT（bis-naphthalimide iron probe with thiophene linker）的水溶性荧光探针，巧妙地将两个萘酰亚胺荧光团通过硫醚连接体耦合，并引入双季铵基团修饰。这种独特结构使BiNIT具备三大优势：特异性溶酶体靶向能力、优异的水溶性和宽pH适应性（pH>4）。当与Fe³⁺结合时，探针通过羰基氧、酰亚胺氮和硫醚硫原子的配位作用形成纳米级聚集体，其荧光因Fe³⁺顺磁性和聚集诱导淬灭效应而显著减弱。动态光散射和透射电镜证实了这种纳米结构的形成，而核磁共振和质谱分析揭示了具体的配位机制。

关键技术方法包括：1）基于分子设计的有机合成构建双萘酰亚胺骨架；2）动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）表征纳米颗粒形成；3）光谱分析（紫外-可见吸收、荧光发射）验证Fe³⁺结合特性；4）细胞成像评估溶酶体定位能力。

【选择性检测】通过竞争性实验证实，BiNIT对Fe³⁺的选择性显著高于其他金属离子（包括Fe²⁺），检测限达0.48 μM。
【作用机制】光谱分析和理论计算表明，Fe³⁺与探针的配位比为1:2，每个Fe³⁺与两个探针分子形成八面体配位结构。
【溶酶体定位】共聚焦显微镜显示，BiNIT与溶酶体标记物LysoTracker的共定位系数达0.92，季铵基团是其靶向性的关键。
【生理应用】在细胞模型中，BiNIT成功监测到铁过载和缺铁状态下的溶酶体Fe³⁺波动，并揭示了铁死亡过程中溶酶体膜透化的早期事件。

这项研究不仅提供了首个能特异性检测溶酶体Fe³⁺的分子工具，更深入阐明了铁代谢紊乱与细胞死亡的联系机制。BiNIT的pH稳定性和低细胞毒性使其适用于长期动态观测，为研究铁相关疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病和血色素沉着症）的发病机制提供了新视角。未来，基于该探针平台可进一步开发铁螯合剂和抗氧化剂，为铁代谢异常疾病的诊疗提供创新策略。