铁死亡是一种受调控的细胞死亡形式，其特征为线粒体缩小、嵴消失和致死性脂质过氧化物的积累 [1], [2], [3], [4]。它与多种重大疾病的发病机制密切相关，包括神经退行性疾病、癌症和缺血性损伤 [5], [6]。在肿瘤学背景下，癌细胞通过GPX4和system Xc?等抗氧化系统抑制铁死亡，以增强生存能力和治疗耐药性。相反，诱导铁死亡已成为克服耐药性和提高免疫治疗疗效的一种有前景的策略 [7], [8], [9]。因此，解析铁死亡的调控网络并开发实时监测其动态过程的分子工具至关重要。NADH是一种核心的细胞内还原辅酶，参与能量代谢和氧化还原稳态。近期的研究表明，NADH通过调节活性氧水平和谷胱甘肽再生与铁死亡的执行密切相关 [10], [11], [12]。在铁死亡过程中，脂质过氧化物的爆发破坏了氧化还原平衡，导致NADH/NAD+比率的动态变化：由于补偿性糖酵解，NADH可能在早期短暂增加，随后因线粒体损伤而导致积累或耗竭 [13], [14]。这种代谢重编程不仅反映了铁死亡的阶段特异性特征，还可能反馈调节铁死亡敏感性。因此，实时监测铁死亡过程中的NADH动态变化将有助于阐明其机制作用，并为代谢靶向干预策略提供生物标志物。
荧光传感技术以其高灵敏度、高时空分辨率以及适用于活细胞和体内成像的特点，已成为研究代谢动态的理想工具 [15], [16], [17], [18], [19]。近年来，NADH的荧光探针得到了快速发展 [20], [21], [22]。然而，大多数报道的NADH探针发射波长位于可见光区域，存在组织穿透力有限、自荧光干扰和显著光损伤等问题，这限制了它们在深层组织成像和体内研究中的应用。近红外（NIR）荧光探针具有低光散射、低背景干扰和深层组织穿透等优势，已成为生物成像的研究热点 [23], [24], [25], [26], [27]。通过扩展π共轭系统或在识别骨架中引入强共轭芳香基团，研究人员已成功开发了多种近红外NADH探针，并将其应用于肿瘤代谢成像和神经退行性疾病模型等前沿领域 [28], [29], [30], [31], [32], [33]。然而，近红外NADH探针在铁死亡研究中的应用仍处于起步阶段 [34]。考虑到铁死亡过程中脂质过氧化物爆发和氧化还原失衡引起的NADH水平的复杂波动，以及NADH在调节细胞内活性氧稳态和谷胱甘肽再生方面的潜在作用，开发一种能够实时特异性监测铁死亡相关NADH动态的近红外荧光探针将为深入解析铁死亡的代谢机制和开发新型抗癌策略提供关键工具。
基于此，我们开发了两种新型近红外荧光探针QX-I和QX-II，用于实时成像铁死亡及其抑制过程中与NADH相关的氧化还原动态。这些探针分子通过π桥将氧杂蒽电子受体与NADH识别单元甲基喹啉偶联构建而成。与NADH反应后，甲基喹啉基团转化为1,4-二氢喹啉基团，从而触发显著的分子内电荷转移效应，在近红外区域产生快速且显著的开启型荧光响应。两种探针均表现出快速响应时间、优异的灵敏度以及对NADH的优异选择性。值得注意的是，具有单个N-乙基修饰的探针QX-I不仅表现出优异的荧光量子产率增强和更高的信噪比，还能监测活细胞内外源性和内源性NADH波动的动态成像。更重要的是，利用QX-I，我们揭示了铁死亡过程中脂质过氧化与NADH相关氧化还原状态之间的解耦关系：Fer-1抑制铁死亡并不会耗竭细胞内NADH池，而是维持或增加其水平。本研究开发了一种实用的近红外荧光探针QX-I，能够监测铁死亡及其抑制过程中的NADH动态变化，从而为探索氧化还原代谢重塑提供了可靠的分子方法，并支持新型抗癌策略的开发。
