多功能荧光探针PQE实现细胞极性、粘度和酯酶活性的同步动态监测及其在铁死亡与肝毒性研究中的应用

【编辑推荐】针对现有探针单参数检测的局限，研究人员开发出双靶向荧光探针PQE，通过线粒体红色荧光（λex/em=490/630 nm）和脂滴绿色荧光（λex/em=405/525 nm）同步监测酯酶活性、极性和粘度。该探针成功区分活细胞/凋亡细胞/固定细胞，揭示铁死亡中酯酶失活与线粒体粘度升高、脂滴极性降低的关联，为复杂病理机制研究提供新工具。

　　

在细胞生命活动的精密调控中，酯酶（Esterase）如同分子剪刀，其活性变化与细胞微环境的物理化学特性——比如极性（反映分子极性的参数Δ?）和粘度（衡量流体阻力的参数cP）——存在着精妙的舞蹈。这种动态平衡一旦被打破，就可能引发细胞凋亡、铁死亡（Ferroptosis）等致命事件，甚至导致药物性肝损伤等疾病。然而，现有的分子探针就像单色滤镜，每次只能捕捉这场舞蹈中的一个动作：要么是酯酶活性，要么是极性或粘度变化。这种"盲人摸象"式的检测方式，让科学家们难以全面理解这些参数如何相互影响，从而限制了疾病早期诊断和药物筛选的精准度。

针对这一技术瓶颈，中国国家自然科学基金和甘肃省科技重大专项资助的研究团队设计了一个名为PQE的"智能分子相机"。这个探针的巧妙之处在于它集成了三种功能模块：基于喹啉的极性传感器（对Δ?变化产生48倍荧光响应）、芘衍生物分子转子（在0.89-965 cP粘度范围呈现50倍荧光增强）以及乙酰氧甲基（AcOM）酯酶激活基团（水解后荧光增强39倍）。就像给细胞装上了双镜头显微镜，红色通道（λ_ex/em=490/630 nm）专门捕捉线粒体的粘度变化，绿色通道（λ_ex/em=405/525 nm）则记录脂滴的极性波动，同时还能通过酯酶激活信号反映细胞状态。

研究人员采用多步骤有机合成法制备PQE，通过核磁共振（¹H NMR）验证结构，并系统测试其光物理性质。在细胞实验中，采用共聚焦显微镜进行双通道成像，结合流式细胞术定量分析。特别建立了对乙酰氨基酚（APAP）和脂多糖（LPS）诱导的肝毒性模型，以及Erastin诱导的铁死亡模型，验证探针的多参数检测能力。

【设计原理】PQE基于D-π-A（给体-π桥-受体）体系构建，通过激发态分子内电荷转移（ESICT）机制响应极性变化。分子中的双键结构作为"分子转子"，旋转受阻时产生粘度依赖性荧光。AcOM基团被酯酶水解后释放强荧光信号，实现三参数同步检测。

【性能验证】在标准溶剂体系中，PQE对极性变化（Δ? 0.0205-0.3200）显示48倍荧光衰减；粘度响应范围跨越0.89-965 cP，荧光增强达50倍；酯酶水解后荧光提升39倍。这种宽动态范围确保其在复杂生物环境中的可靠性。

【细胞应用】PQE成功区分活细胞（强双信号）、早期凋亡细胞（酯酶信号减弱）和固定细胞（信号消失）。在铁死亡模型中，首次观察到酯酶活性下降伴随线粒体粘度升高（+215%）和脂滴极性降低（Δ? -0.12），揭示了细胞死亡过程中细胞器微环境的协同变化。

【疾病模型】在APAP和LPS诱导的肝损伤中，PQE动态捕捉到酯酶抑制与粘度-极性失衡的时空特征，为肝毒性机制研究提供了新的观测窗口。

这项发表于《Analytica Chimica Acta》的研究突破性地实现了单探针多参数的原位检测，其双靶向设计克服了传统方法的空间分辨率限制。特别值得注意的是，PQE揭示的铁死亡过程中酯酶活性与微环境参数的协同变化规律，为开发新型铁死亡标志物和肝毒性预警系统提供了分子工具。这种"一箭三雕"的检测策略，不仅提升了病理机制研究的维度，更在药物筛选和临床诊断领域展现出广阔应用前景。正如研究者强调的，这种器官elle特异性多参数分析范式，将推动生命科学研究从"单维度描述"向"多维度关联"的范式转变。