一种类似药物的Ferrostatin-1类似物作为铁死亡抑制剂和光致发光指示剂

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分享一篇发表在Angewandte Chemie International Edition上的文章，本文的标题为“A Druglike Ferrostatin-1 Analogue as a Ferroptosis Inhibitor and Photoluminescent Indicator”。本文的通讯作者分别是来自中国海洋大学的邱雪教授和王勇教授，前者的研究方向是时空分辨荧光检测，后者的研究方向是抗肿瘤药物的研发。

铁死亡是许多神经退行性疾病和中风的关键因素之一，铁死亡小分子抑制剂可以有效地治疗这些疾病。其中Ferrostain-1（er-1）是第一种合成的铁死亡抑制剂，在研究中被证实具有诊疗严重的肾损伤、脑内出血和其他退行性疾病的潜力。但是Fer-1及其衍生物难以通过血脑屏障，因而在神经疾病的诊疗上存在限制。此外，实时监控铁死亡的特异性探针仍有待开发。因此，本文通过生物电子等排体策略，发现了一种同时具有高效抑制铁死亡和实时监控铁死亡的探针Ferfluor-1。

首先，作者基于Fer-1的乙酯基在血浆中的不稳定性，采用含N、O、S的芳杂环作为酯基的生物电子等排体进行衍生化，以期达到提升血脑屏障穿透力的效果。作者在两种铁死亡敏感的细胞系HT1080纤维肉瘤细胞和OS-RC-2肾癌细胞以及神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y中验证这些化合物的铁死亡抑制能力，发现Ferfluor-1具有最强的抑制效果，且在其它类型的细胞死亡（细胞凋亡、细胞坏死）中无法起到挽回细胞的能力，明确了Ferfluor-1的特异性抑制能力。同时，作者通过紫外可见光谱验证了Ferfluor-1不具备螯合铁离子的能力，且通过DPPH实验和FENIX实验证实其抑制铁死亡的关键在于捕获自由基而非螯合铁离子。

光物理特性研究表明，Ferfluor-1可在350 nm紫外光激发下通过氢键网络及水分子介导的“伪激发态分子内质子迁移”机制激发绿色荧光，并且在氧化条件下可进一步激发蓝色荧光。在磷脂氢过氧化物（PLOOHs）的存在下，Ferfluor-1的荧光强度比（R=I436/I525）相较于其他ROS显著提升，展现出高选择性与高反应性，为监测铁死亡过程提供了可靠工具。

然后，作者分别在细胞内和斑马鱼中探究Ferfluor-1对铁死亡的荧光特异性，并选择RSL3和Erastin两种铁死亡诱导剂诱导铁死亡。在孵育不同的时间下获得green channels（还原态）和blue channels（氧化态）两张荧光成像图，从氧化态和还原态对应通道的荧光强度得知，Ferfluor-1可以作为一种活性且时间分辨的指标，用于监测小分子诱导铁死亡的发展进程。此外，作者利用Ferfluor-1探究了铁死亡的亚细胞定位以及Ferfluor-1在生物膜上的锚定机制，发现还原态的Ferfluor-1主要定位于内质网，其次在线粒体中，仅少量存在于溶酶体中；而氧化态的Ferfluor-1主要集中在内质网中。