近日，南京师范大学化科院钱勇教授课题组在Cell Press细胞出版社期刊Cell Chemical Biology上发表了一篇题为“3D two-photon brain imaging reveals dihydroartemisinin exerts antiepileptic effects by modulating iron homeostasis”的最新研究。钱勇教授课题组将一种新型亚铁离子（Fe2+）荧光探针与高通量成像技术相结合筛选出先导化合物双氢青蒿素（DHA），揭示其可通过调节神经细胞铁稳态从而缓解小鼠的癫痫状态。这项工作创新地提供了一种可靠的化学工具来评估活体癫痫小鼠大脑中Fe2+的状态变化，并可能有助于快速发现新的抗癫痫候选药物，为化学调控癫痫疾病提供了新的思路。
铁是生命的重要元素，正常的铁平衡是维持生命和健康的关键。由于大脑是铁积累的主要器官，铁过载和异常代谢存在于许多神经系统疾病中，包括癫痫等。在神经细胞内，活性Fe2+的过度积累会促进过氧化氢的歧化反应产生羟基自由基，导致脂质和其他生物分子的过度氧化，最终导致神经元细胞的凋亡或铁死亡。因此，开发监测神经元中Fe2+状态的新技术，特别是对活体大脑中Fe2+时空分布进行成像，对了解癫痫大脑中铁稳态至关重要。荧光成像技术作为一种非侵入性的成像方法，在神经生物学研究中的应用越来越广泛。但目前，还没有报道过可适用于在癫痫脑中对Fe2+时空分布进行成像的双光子荧光探针。
钱勇教授研究团队研发了一种具有近红外激发的可对Fe2+分布进行三维动态成像的双光子荧光探针FeP，可以穿过血脑屏障，具有靶向脑部特征。利用探针FeP搭建了一种便捷、微创、可直观长期检测的平台，首次在体内实时动态地观察到了KA诱导癫痫期间活体小鼠脑部Fe2+的上调分布情况。他们将高内涵分析成像技术与FeP相结合，还构建了高通量细胞荧光成像筛选平台，为研究生物系统中的Fe2+和筛选潜在抗癫痫药物提供了一种高通量筛选方法。此外，该团队将活体成像和脑电图监测、动物行为学等研究相结合，初步证实了使荧光强度下调的天然产物DHA对KA诱导的癫痫小鼠模型具有有效的治疗作用（图1）。
图1.双光子荧光探针FeP的设计及其监测DHA缓解癫痫小鼠大脑中Fe2+通量变化的应用。
该研究团队经过进一步的分子机制研究发现，DHA可显著下调LCN2，Ac-p53和TfR1表达，上调FPN和GPX-4表达，从而调节脑内铁稳态抑制神经元铁死亡，揭示了DHA调节癫痫疾病发生发展的分子机制（图2）。该研究为3D脑成像监测神经系统疾病脑内与铁稳态相关的Fe2+的动态分布提供了创新的研究平台，也为铁稳态调节剂的筛选提供了新的策略方法，有望为治疗癫痫的新化学实体的发现提供帮助。
图2. DHA调控KA诱导的癫痫模型小鼠脑内的铁稳态。
该研究工作得到国家自然科学基金面上项目、江苏省特聘教授计划、医药生物技术国家重点实验室开放课题等科研项目资助。邵晨雯博士与刘雅妮（博士生）为该论文的共同第一作者，钱勇教授为通讯作者。这项工作得到了南京大学闫超教授、朱海亮教授、赵劲教授、孔令东教授、陈张鹏博士、南京医科大学秦亚娟博士的大力支持与帮助。
▌论文标题：
3D two-photon brain imaging reveals dihydroartemisinin exerts antiepileptic effects by modulating iron homeostasis
▌论文网址：
https://www.cell.com/cell-chemical-biology/fulltext/S2451-9456(21)00520-1
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2021.12.006