基于超分子荧光探针TPE-4B/4Q[7]的溶酶体铁蛋白自噬监测技术助力帕金森病早期诊断

这篇研究开发了一种新型超分子荧光探针TPE-4B/4Q[7]，通过特异性识别溶酶体Fe3+（检测限1.23×10?6 M），实时监测帕金森病（PD）中铁蛋白自噬（ferritinophagy）失调引发的铁过载。该探针具有优异的光稳定性、低细胞毒性和鼻递送脑成像能力，可关联α-突触核蛋白（α-syn）聚集、线粒体功能障碍等PD关键病理事件，为早期诊断提供分子工具。

　　

引言

帕金森病（PD）作为第二大神经退行性疾病，其特征是黑质多巴胺能神经元丢失和α-突触核蛋白（α-syn）异常聚集。早期诊断面临挑战，60%患者确诊时已错过干预窗口。近年研究发现，PD患者黑质区存在异常铁沉积，与疾病进展密切相关。铁代谢失衡导致溶酶体铁过载，通过芬顿反应产生活性氧（ROS），引发氧化应激、铁死亡（ferroptosis）及线粒体功能障碍，最终加速神经元损伤。然而，现有影像技术难以捕捉早期分子事件，而传统荧光探针受限于血脑屏障穿透性和离子干扰。

探针设计与表征

研究团队设计了一种基于四苯基乙烯衍生物（TPE-4B）与葫芦[7]脲（Q[7]）的超分子探针TPE-4B/4Q[7]。核磁共振（NMR）和等温滴定量热法（ITC）证实其以1:4比例形成主客体复合物，并通过静电作用自组装为双层纳米片（厚度3.4 nm）。Q[7]的刚性空腔限制TPE分子内旋转，引发聚集诱导发光（AIE）效应，使量子产率从3.6%提升至15.3%。探针对Fe³⁺表现出高选择性识别（检测限1.23×10^?6 M），机理为Fe³⁺吸附于探针表面引发内滤效应（IFE），而非电子转移。

细胞水平验证

在6-羟基多巴胺（6-OHDA）诱导的PD细胞模型中，TPE-4B/4Q[7]通过网格蛋白介导的内吞靶向溶酶体（共定位系数0.93）。铁过载导致探针荧光衰减46%-81%，与铁含量（检测试剂盒验证）及铁蛋白自噬受体NCOA4表达（Western blot显示上调2.5倍）呈强相关性。自噬抑制剂氯喹（CQ）和3-甲基腺嘌呤（3-MA）可逆转荧光衰减，证实其监测铁蛋白自噬的能力。此外，探针信号变化与氧化应激（ROS升高2.4倍）、线粒体膜电位下降、α-syn聚集（1.9倍）及酪氨酸羟化酶（TH）活性抑制（0.4倍）等病理指标显著相关。

活体应用

在秀丽隐杆线虫模型中，探针检测到6-OHDA+FeCl₃组荧光衰减60.5%，伴随寿命缩短（7天）、产卵量减少44.6%和乙醇回避行为障碍。MPTP诱导的PD小鼠经鼻递送探针后，黑质区荧光信号降低37.4%，与脑组织铁含量升高2.3倍、α-syn表达增加及多巴胺合成受损一致，且主要脏器未见病理损伤。

结论

TPE-4B/4Q[7]通过实时监测溶酶体铁代谢失衡，为PD早期分子诊断提供了高灵敏度工具。其设计策略——利用超分子组装增强AIE效应与靶向性，为神经退行性疾病的金属离子检测开辟了新途径。未来可拓展至其他铁代谢紊乱相关疾病的动态评估。