东京科学研究所的研究人员开发出一种新型荧光报告分子，能够在单细胞分辨率下可视化活细胞内部的生物活性铁和氧。利用这一新工具，他们揭示了铁和氧在不同器官之间，甚至在同一类型相邻细胞之间的分布存在显著差异。这一创新可能成为研究癌症、肝脏疾病、神经退行性疾病和衰老的平台。
铁和氧是生命最重要的两种元素。人体内几乎每个细胞都依赖它们来产生能量、调节代谢和复制DNA。铁和氧也与疾病密切相关；细胞处理这些元素的方式出现紊乱已被证实与癌症、肝脏问题、神经退行性疾病和与衰老相关的疾病有关。因此，深入理解单细胞如何管理铁和氧可能会为医学和生物技术开辟新的途径。
然而，目前大多数检测铁的方法都需要固定组织样本，这意味着研究人员只能查看死组织的快照，而不是完整的活细胞。现代成像技术如磁共振成像确实能提供实时更广泛视野，但它们无法放大到单细胞尺度。
也许最重要的是，几乎所有当前工具测量的是总铁含量，而无法区分生物活性形式（不稳定的亚铁）和非活性储存形式。科学家长期以来一直怀疑同一组织内相邻细胞可能具有非常不同的铁和氧环境，但一直无法直接观察到这一点。
新测量方法
为解决这一问题，日本东京科学研究所综合研究所医学研究实验室细胞动力学部的Toshiro Moroishi教授和博士生Ayato Maeda（研究进行时；目前为东京科学研究所项目研究员）领导的研究团队开发了一种创新的荧光报告分子，能够在活体组织中以单细胞分辨率同时追踪不稳定的铁和氧。他们于2026年5月8日在线发表在《细胞报告方法》期刊上的研究，介绍了这种名为LiON的新工具，即"不稳定铁和氧通知器"。
LiON的工作原理是利用铁和氧感应蛋白FBXL5中发现的自然结构域，该结构域在细胞内的稳定性取决于可用的铁和氧量。研究人员将这一感应结构域与红色荧光蛋白融合，然后将其连接到本质上稳定的绿色荧光蛋白上。由于FBXL5的降解也会破坏红色荧光化合物，红绿荧光的比率提供了细胞中不稳定亚铁和氧的定量读数。
研究发现
通过对小鼠进行基因工程以产生LiON，研究团队发现铁和氧水平不仅在不同器官之间存在显著差异，而且在同一组织内同类型细胞之间也存在显著差异。例如，他们在肝脏组织中观察到明显的空间梯度，靠近门静脉的细胞积累更多铁，并表现出更大的氧化应激脆弱性。
Moroishi表示："可视化铁和氧的分布和异质性为推进我们对包括肝脏疾病、癌症、与衰老相关的疾病和神经退行性疾病在内的广泛疾病的理解提供了新的机会。"
LiON的意义
LiON的更广泛价值在于其多功能性，因为该报告分子可以使用标准遗传工具在特定组织中选择性激活。Moroishi表示："我们预计LiON将广泛应用于疾病模型，并有助于开发新的治疗策略。"
随着进一步发展，LiON可能成为研究铁和氧调控如何塑造生物学和医学中细胞健康的基石工具。
Ayato Maeda等人，《使用LiON（不稳定铁和氧通知器）进行生物活性铁和氧的体内可视化》，《细胞报告方法》(2026)。DOI: 10.1016/j.crmeth.2026.101431
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