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華東理工大學生物反應(yīng)器工程國家重點實驗室、藥學院楊弋教授、趙玉政研究員課題組與中國科學技術(shù)大學劉海燕教授課題組合作開發(fā)了一系列特異性檢測細胞核心代謝物 NADPH 的高性能遺傳編碼熒光探針 iNap，實現(xiàn)了在活體、活細胞及各種亞細胞結(jié)構(gòu)中對 NADPH 代謝的高時空分辨檢測與成像。6 月 5 日，相關(guān)研究成果以“研究長文”的形式在線發(fā)表于權(quán)威學術(shù)期刊《自然 - 方法》（Nature Methods）。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH/NAD+）及其磷酸化形式（NADPH/NADP+），作為生物體內(nèi)兩對*重要的輔酶和核心代謝物，常被用作評價細胞代謝狀態(tài)的關(guān)鍵指標，與衰老及相關(guān)疾病如癌癥、糖尿病、肥胖癥、心腦血管疾病、神經(jīng)性退行性疾病等的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。長久以來，細胞代謝的檢測主要依賴酶學、色譜、質(zhì)譜等，這些方法不僅破壞了細胞或生物體的完整性，更難以應(yīng)用于高通量篩選。為了解決這一重要科學難題，2011 年，楊弋教授團隊利用合成生物學方法開發(fā)了一系列遺傳編碼的 NADH 熒光探針，實現(xiàn)了在活細胞及各種亞細胞結(jié)構(gòu)中對 NADH 分子的實時動態(tài)、特異性的檢測與成像。2015 年，該團隊又報道了可同時檢測 NAD+，NADH 及其比率的第二代細胞代謝熒光探針 SoNar，像火眼金睛一樣，可察覺到癌細胞與正常細胞的微細代謝差異, 并進一步建立了細胞代謝熒光探針在單細胞、活體動物成像及高通量藥物篩選方面的系統(tǒng)研究方法。

NADH 和 NADPH 的熒光光譜相似，但是二者的生理功能卻顯著不同。NADH 主要參與物質(zhì)能量代謝，而 NADPH 主要參與合成代謝以及抗氧化，傳統(tǒng)的自發(fā)熒光分析方法很難區(qū)分這兩種小分子。在第二代 NADH 熒光探針 SoNar 的基礎(chǔ)上，研究團隊通過對底物結(jié)合蛋白的理性設(shè)計和改造，開發(fā)了一系列特異性檢測 NADPH 的高性能遺傳編碼熒光探針 iNap，實現(xiàn)了在活體、活細胞及各種亞細胞結(jié)構(gòu)中對 NADPH 代謝的高時空分辨檢測與成像。利用 iNap，研究團隊精確測定了癌細胞內(nèi)不同亞細胞結(jié)構(gòu)中 NADPH 水平，發(fā)現(xiàn)其水平受 NAD 激酶和葡萄糖 -6- 磷酸脫氫酶 G6PD 活性調(diào)節(jié)，并進一步證明氧化應(yīng)激時癌細胞內(nèi) NADPH 代謝受葡萄糖水平的動態(tài)調(diào)節(jié)。同時，研究人員提出了哺乳動物細胞有很強的維持生理 NADPH 穩(wěn)態(tài)的觀點。研究團隊發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)源性類固醇激素 DHEA 通過抑制 G6PD 活性和激活 AMPK 活性，對 NADPH 代謝實現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)作用。鑒于 AMPK 信號通路在衰老、糖尿病、肥胖癥以及癌癥中的重要角色，這一研究結(jié)果有望破解 DHEA 作為一種藥物和膳食補充劑在這些疾病方面發(fā)揮出的有益作用。此外，iNap 也指示 NADPH 代謝與巨噬細胞免疫激活以及機體創(chuàng)傷反應(yīng)密切相關(guān)。NADPH 作為細胞內(nèi)的還原力，在生理或病理條件下發(fā)揮重要角色。細胞代謝熒光探針 iNap，不僅可應(yīng)用于抗氧化、AMPK、脂肪酸合成等代謝途徑與通路分析，也可用于衰老及相關(guān)疾病創(chuàng)新藥物的發(fā)現(xiàn)。