基于4-羟基色满醇席夫碱的荧光探针F3对Zn2+ /Fe2+ 的"开关"传感机制及其在活体成像与抗癌应用中的研究

　　本研究设计新型荧光探针F3，通过PET机制实现Zn2+ (turn-ON)和Fe2+ (turn-OFF)特异性检测(LOD达10?6 M级)，其金属配合物ZF3/FF3可进一步识别L-氨基酸和吲唑，并展现显著抗癌活性(IC50 2.38-56.09 μM)。该工作为开发多功能金属离子传感器和线粒体靶向抗癌剂提供了新思路。

　　

【研究背景】
在生物医学领域，金属离子如锌(Zn²⁺
)和铁(Fe²⁺
)的稳态失衡与阿尔茨海默病、癌症等重大疾病密切相关。传统检测方法如ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）虽精确但无法实现实时活体观测，而现有荧光探针往往存在选择性差、无法区分Fe²⁺
/Fe³⁺
等问题。更棘手的是，开发兼具金属传感和抗癌功能的多功能分子仍面临挑战。

【研究方法】
巴拉蒂尔大学团队合成4-羟基色满醇席夫碱探针F3，通过紫外-可见光谱、荧光光谱、循环伏安法及DFT（密度泛函理论）计算验证其与金属离子的相互作用。采用C.elegans（秀丽隐杆线虫）和MDA-MB-231（三阴性乳腺癌）细胞模型，结合共聚焦显微镜、MTT（噻唑蓝比色）法和EPR（电子顺磁共振）技术，系统评估了其生物成像与抗癌效能。

【研究结果】

1. 光谱表征：F3在214 nm（π→π*）和283 nm（n→π*）处特征吸收，与Zn²⁺
   /Fe²⁺
   结合后分别产生荧光增强（K_a
   =2.11×10⁵
   M^?1
   ）和淬灭（K_sv
   =0.49×10⁴
   M^?1
   ）。

2. 次级传感：

• ZF3特异性识别L-甲硫氨酸（LOD 1.72×10^?6
  M）
• FF3响应L-苏氨酸（LOD 2.00×10^?6
  M）
• 两者对吲唑检测限达0.05-0.08 μM，荧光增强4.8倍

1. 作用机制：X射线单晶衍射显示Zn²⁺
   呈四面体配位，Fe²⁺
   为三角双锥构型，DFT计算证实HOMO-LUMO能级差与实验数据吻合。

2. 生物应用：

• 活体成像：ZF3在C.elegans中呈现明亮荧光，与L-甲硫氨酸结合后淬灭
• 抗癌活性：ZF3-Met对MDA-MB-231细胞的IC₅₀
  低至4.66 μM，显著优于顺铂（23.5 μM）
• 机制研究：DCFH-DA染色证实通过ROS（活性氧）爆发诱导线粒体途径凋亡

【结论与意义】
该研究创新性地开发出集金属传感、生物成像和抗癌功能于一体的多功能探针系统。其独特的"双离子响应"机制为设计高选择性Fe²⁺
/Zn²⁺
传感器提供了新范式，而ZF3-Met展现的超强抗癌活性（较顺铂提升5倍）为开发金属基抗癌药物开辟了新途径。相关工作发表于《Journal of Molecular Liquids》，对理解金属离子在病理过程中的作用及开发靶向治疗策略具有重要价值。