ONOO?/粘度激活型近红外荧光探针用于成像由微塑料引起的铁死亡辅助性肝损伤

《Dyes and Pigments》：ONOO?/Viscosity-Activated NIR Fluorescent Probe for Imaging of Ferroptosis-Assisted Liver Injury Induced by Microplastics

本研究设计并合成新型双激活荧光探针HCy-OH，实时监测微塑料诱导肝损伤中ONOO?动态与细胞微环境粘度变化，揭示铁死亡在氧化应激及细胞环境紊乱中的关键作用。

　　

王旭岩|陈一平|刘传梦|陈颖颖|傅南燕|王桂梅

中华人民共和国福建省福州市福州大学化学学院，教育部食品安全与生物分析科学重点实验室、福建省食品安全分析与检测重点实验室（教育部与福建省共同资助）

摘要：

微塑料（MPs）作为一种新兴的环境污染物，对公共健康构成了严重威胁。作为人体主要的代谢器官，肝脏在暴露于微塑料后容易受到炎症反应和纤维化等多种损伤。然而，微塑料导致肝脏损伤的潜在机制尚未完全明了。在此，我们设计并合成了一种新的ONOO^?/粘度激活荧光探针HCy-OH，该探针由一个与苯并噻唑单元相连的茚骨架组成。HCy-OH成功用于监测细胞和斑马鱼模型中微塑料暴露引起的肝脏损伤过程中ONOO^-和粘度的变化，证明了铁死亡（ferroptosis）在微塑料诱导的氧化应激和细胞微环境破坏中的关键作用。

引言

微塑料（MPs）是一种直径小于5毫米的新兴环境污染物，可通过受污染的水源渗透到食物链中，对公共健康构成严重威胁[1]、[2]。肝脏作为主要的代谢和解毒器官，极易受到微塑料的损伤[3]。越来越多的证据表明，微塑料通过过量产生活性氧（ROS）引发氧化应激，这在推动炎症反应、代谢功能障碍和肝纤维化过程中起着核心作用[4]。然而，微塑料导致肝脏损伤的潜在机制仍不完全清楚。

铁死亡是一种由铁驱动的非凋亡性细胞死亡形式，其特征是谷胱甘肽耗竭、活性氧过度产生以及脂质过氧化物的积累[5]、[6]、[7]。这一系列反应会导致不可逆的氧化损伤，最终导致细胞死亡[8]、[9]。在各种活性氧中，ONOO^-以其强大的氧化能力而著称[10]、[11]、[12]。它可以直接氧化细胞膜中的多不饱和脂肪酸（PUFAs），从而引发并促进铁死亡[13]、[14]。同时，这一过程会引发氧化应激的急剧增加，破坏细胞稳态并影响关键生理功能。这些变化也会体现在细胞微环境的显著改变上，包括粘度的显著升高[15]。鉴于活性氧在肝脏损伤和铁死亡中的核心作用[16]、[17]，开发能够实时监测ONOO^-水平和粘度变化的成像探针对于揭示微塑料污染的风险和制定治疗策略具有重要意义。

荧光探针因其高灵敏度、出色的时空分辨率和优异的生物相容性而受到广泛重视，使其成为生物医学研究和诊断中的重要工具[18]、[19]、[20]、[21]。尽管在生物成像探针设计方面已经取得了相当大的进展，但传统的单锁响应系统在复杂的生物环境中容易产生假阳性信号，大大影响了其检测准确性。为克服这一限制，研究人员开发了双锁荧光探针，通过顺序激活机制有效抑制背景荧光并显著提高诊断精度。然而，某些双锁探针的响应时间较长，限制了其在实时研究中的应用[22]。

在这里，我们开发了一种新型的双激活荧光探针HCy-OH，用于敏感且特异性地检测ONOO^-和粘度（示意图1）。HCy-OH的分子结构特征是在邻位引入了α, β-不饱和酯作为ONOO^-识别位点，并通过C=C桥与苯并噻唑单元相连，形成分子旋转结构。这种结构确保只有在ONOO^-和高粘度同时存在的情况下才会发生荧光激活。HCy-OH在ONOO^-的作用下发生α, β-不饱和酯的氧化断裂，释放出非荧光性的醛衍生物，随后在高粘度条件下发出荧光“开启”信号。该探针能够实时监测铁死亡过程中的ONOO^-动态和粘度变化，凸显了其在研究铁死亡相关病理过程中的应用价值。重要的是，我们成功将HCy-OH应用于细胞和斑马鱼模型中，证明了铁死亡在微塑料诱导的肝毒性中的关键作用。

材料与仪器

有关材料和仪器的详细信息见支持信息（SI）。

HCy-OH的合成

将2-氰基苯并噻唑（0.1754克）和化合物3（0.3274克）加入10毫升的乙腈中，置于50毫升烧杯中。在氮气保护下于80°C下搅拌12小时，得到紫色液体。冷却至室温后，在减压条件下去除溶剂。残留物通过硅胶柱层析（石油醚/乙酸乙酯 = 2:1，v/v）进行纯化

HCy-OH的设计与合成

为了同时检测两种生物标志物而设计的荧光探针已成为提高检测特异性和信噪比（SBR）的有效策略，为特定生物途径的研究开辟了新的途径。在此，我们设计了一种新型的双激活荧光探针HCy-OH，能够同时感知ONOO^-和粘度。HCy-OH的骨架经过修饰，在

结论

总之，我们设计并合成了一种双激活荧光探针HCy-OH，能够高特异性和快速响应地检测ONOO^-和粘度。这些特性使得我们能够实时监测铁死亡过程中的ONOO^-和粘度动态。此外，HCy-OH还能够在活细胞和斑马鱼中可视化微塑料暴露引起的肝脏损伤，证明了ONOO^-和粘度的升高以及铁死亡在其中的关键作用

CRediT作者贡献声明

陈一平：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。刘传梦：实验研究、数据管理。陈颖颖：软件操作、数据管理。傅南燕：监督、资金筹集。王桂梅：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金筹集、概念构思。王旭岩：撰写 – 初稿撰写、软件应用、方法设计、实验研究、数据分析、数据管理、概念构思

未引用参考文献

[25]。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢福建省自然科学基金（项目编号2025J01438、2024J01346）的财政支持。