级联增强型持久发光纳米探针用于铁死亡治疗中铁代谢的精准监测

为解决铁死亡治疗中铁代谢监测的灵敏度不足和自体荧光干扰问题，研究人员开发了基于Zn1.3Ga1.4Sn0.3O4:Cr3+,Y3+（ZGSO）纳米晶的级联增强持久发光（PersL）探针ZFS-RGD。该探针通过铁硅杂化层降解和Fe3+/Fe2+氧化还原双重激活，实现信号背景比（SBR）达87的无干扰成像，并揭示铁死亡机制，为肿瘤诊疗一体化提供新策略。

　　

在肿瘤治疗领域，铁死亡（ferroptosis）因其能规避传统化疗耐药性而备受关注。这种由铁依赖的脂质过氧化驱动的细胞死亡方式，通过芬顿反应（Fenton reaction）产生活性氧（ROS）杀伤肿瘤细胞。然而，现有荧光成像技术面临生物组织自体荧光的严重干扰，导致信号背景比（SBR）低下，难以精准监测铁死亡进程。更棘手的是，铁代谢的动态变化与治疗效果密切相关，但缺乏高灵敏度、无背景干扰的实时监测手段。

针对这一挑战，福建医科大学等机构的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表了一项突破性研究。他们设计了一种"百香果"状纳米结构ZFS-RGD——以超小ZGSO持久发光纳米晶（PLNPs）为核心，外包覆铁掺杂二氧化硅（Fe-SiO₂）层。当探针进入酸性肿瘤微环境（TME）时，Fe-SiO₂层降解释放Fe³⁺，后者经STEAP3（前列腺六跨膜抗原3）还原为Fe²⁺触发铁死亡。有趣的是，这一过程会级联增强ZGSO的持久发光（PersL）：首先，Fe-SiO₂层解离解除光吸收淬灭；随后Fe³⁺还原减少其对ZGSO缺陷能级的电子竞争，使PersL信号提升35倍，最终实现SBR高达87的无背景成像。

研究团队通过三大关键技术实现这一突破：1）采用硬模板法合成介孔二氧化硅（MSN）负载的ZGSO前体；2）通过碱性水热条件构建Fe-SiO₂包覆的"百香果"结构；3）整合RGD靶向肽增强肿瘤富集。实验证实，降解后的ZGSO纳米晶（<5 nm）可经肾脏高效清除，显著提升生物安全性。

主要研究结果

1. 材料设计与表征：透射电镜显示ZFS-RGD具有典型的核壳结构，X射线光电子能谱证实Fe³⁺成功掺杂。体外实验表明，pH 5.0条件下PersL强度较pH 7.4提升8倍，验证酸响应特性。

2. 级联增强机制：光谱分析发现Fe³⁺通过竞争电子淬灭PersL，而STEAP3介导的还原使信号二次增强。体外铁死亡模型中，PersL强度与脂质ROS水平呈正相关（R²=0.93）。

3. 体内治疗效果：4T1荷瘤小鼠实验显示，ZFS-RGD组肿瘤抑制率达78%，显著高于单纯铁剂组（41%）。PersL成像动态捕捉到肿瘤部位铁代谢变化，与免疫荧光检测的GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）下调趋势一致。

4. 生物安全性：注射72小时后，90%的ZGSO经尿液排出，主要器官未见明显毒性。

结论与展望
该研究首创性地将PersL增强机制与铁死亡代谢通路耦合，不仅为理解STEAP3在铁死亡中的作用提供可视化工具，更开创了"铁死亡监测-治疗增效-安全清除"的诊疗新模式。未来通过调控ZGSO的缺陷工程，有望进一步拓展其在其他金属代谢相关疾病中的应用。这种"所见即所治"的策略，为突破肿瘤治疗监测瓶颈提供了普适性思路。