分享一篇发表在Nature Chemistry的研究论文，题为“Live-cell imaging with fluorogenic radical-trapping antioxidant probes reveals the onset and progression of ferroptosis”，通讯作者为加拿大麦吉尔大学的Gonzalo Cosa教授。他的研究方向主要是荧光探针的设计、开发与应用研究。

铁死亡是一种由脂质过氧化驱动的细胞死亡方式，与铁依赖性氧化反应密切相关。虽然其分子机制已被阐明，但在不同细胞器中脂质过氧化的起始部位与传播顺序仍不清楚。为此，作者设计了一系列荧光自由基捕获抗氧化探针，可选择性嵌入内质网、线粒体、溶酶体及质膜，并在捕获自由基后发出荧光信号。

具体而言，作者设计了一组可以嵌入不同细胞内膜系统的荧光自由基捕获抗氧化探针（fluorogenic RTAs）。这些探针包括一个α-tocopherol结构，一个BODIPY荧光团和不同靶向基团。在不存在脂质过氧化自由基的环境下，BODIPY吸收的光能量被转移至α-tocopherol结构，实现高效的分子内淬灭。如果环境中存在脂质过氧化自由基，则α-tocopherol结构将被转化为RTA-脂质过氧化物，此时BODIPY基团会产生荧光。不同靶向基团的结构则决定了这个探针的细胞器，特异性。作者报道了四种探针，可分别靶向线粒体外膜、溶酶体膜、细胞质膜外侧和内质网膜。

作者证实这些探针可以稳定结合目标膜结构，且不会严重干扰细胞状态。鉴于探针包含能捕获自由基的抗氧化结构（RTA），作者测定定位在不同膜结构的探针对细胞铁死亡的保护效应。研究发现，定位在内质网和溶酶体的探针保护能力最强；线粒体探针中等；质膜探针最弱。作者使用四种探针标记诱导铁死亡的细胞，观察到明显的荧光强度变化。作者认为这一变化与脂质体过氧化过程相关，并按荧光强度变化将脂质体过氧化过程划分为诱导期、快速增长期，线性增长期和平台荧光期四个阶段。同时作者发现，脂质过氧化的“发生时间”是细胞器特异的，内质网膜具有最短的诱导期。但一旦开始，脂质过氧化速率则极为相似。这一结果暗示脂质氧化以内质网膜为起始点再扩散。

作者接下来使用高空间分辨率和膜共定位手段研究不同时刻下过氧化脂质在亚细胞结构的分布。作者发现，内质网探针荧光信号，随后在细胞质中出现多个小的点状高荧光结构。这表明过氧化脂质首先产生于内质网结构，在细胞内以囊泡形式积聚，常邻近高尔基体、ERGIC结构。时间推移中，这些氧化脂质结构会解体或融合；荧光信号逐渐以更具方向性和可控性的过程扩散至更大范围、邻近其他膜。过氧化脂质会最终到达质膜，引发膜通透性与细胞形态结构的变化。作者使用不同的方式诱导铁死亡，得到了近似的结果，证明铁死亡过程中氧化脂质传播顺序的一致性。

总体而言，该研究通过化学探针设计+活细胞成像的结合，成功实现了铁死亡过程中脂质氧化的动态可视化，证明氧化脂质内质网-高尔基体-质膜的扩散路径，揭示了铁死亡的可能的亚细胞起点与传播路径。

本文作者：HXH

责任编辑：TZS

DOI：10.1038/s41557-025-01966-x

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41557-025-01966-x