Nature Methods長文報(bào)道我校細(xì)胞代謝研究原創(chuàng)技術(shù)
6月5日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature Methods上以“研究長文”的形式在線報(bào)道了華東理工大學(xué)生物反應(yīng)器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、藥學(xué)院楊弋教授、趙玉政研究員課題組與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉海燕教授課題組合作的研究成果：“Genetically encoded fluorescentsensors reveal dynamic regulation of NADPH metabolism”。
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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)兩對最重要的輔酶和核心代謝物，常被用作評價(jià)細(xì)胞代謝狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)，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(xì)胞代謝的檢測主要依賴酶學(xué)、色譜、質(zhì)譜等，這些方法不僅破壞了細(xì)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(xué)難題，2011年，楊弋教授團(tuán)隊(duì)利用合成生物學(xué)方法開發(fā)了一系列遺傳編碼的NADH熒光探針，實(shí)現(xiàn)了在活細(xì)胞及各種亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中對NADH分子的實(shí)時動態(tài)、特異性的檢測與成像（Cell Metabolism, 2011, 14, 555）。2015年，該團(tuán)隊(duì)又報(bào)道了可同時檢測NAD+，NADH及其比率的第二代細(xì)胞代謝熒光探針SoNar，像火眼金睛一樣，可察覺到癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的微細(xì)代謝差異（Cell Metabolism, 2015, 21,777）,并進(jìn)一步建立了細(xì)胞代謝熒光探針在單細(xì)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（Nature Protocols, 2016,11,1345）。
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，通過對底物結(jié)合蛋白的理性設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了在活體、活細(xì)胞及各種亞細(xì)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(tuán)隊(duì)精確測定了癌細(xì)胞內(nèi)不同亞細(xì)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(jìn)一步證明氧化應(yīng)激時癌細(xì)胞內(nèi)NADPH代謝受葡萄糖水平的動態(tài)調(diào)節(jié)?；诖罅繑?shù)據(jù)，他們提出了哺乳動物細(xì)胞有很強(qiáng)的維持生理NADPH穩(wěn)態(tài)的觀點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)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(shí)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(bǔ)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(xì)胞免疫激活以及機(jī)體創(chuàng)傷反應(yīng)密切相關(guān)。NADPH作為細(xì)胞內(nèi)的還原力，在生理或病理?xiàng)l件下發(fā)揮重要角色。細(xì)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)。
論文的第一作者為我校博士生陶榮坤、趙玉政研究員和中科大博士生初環(huán)宇，通訊作者為楊弋教授和劉海燕教授。趙玉政研究員是前沿科學(xué)研究院光遺傳學(xué)交叉學(xué)科研究中心的PI，也是我校首位特聘研究員，在科研特區(qū)和“特聘研究員”計(jì)劃相關(guān)政策的支持下，3年內(nèi)連續(xù)在Nature Methods、Nature Protocols（封面文章）、Cell Metabolism發(fā)表多篇高水平研究成果，并作為負(fù)責(zé)人成功獲批3項(xiàng)國家級和3項(xiàng)省部級項(xiàng)目的資助。參與該項(xiàng)研究工作的還有中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、清華大學(xué)浙江長三角研究院及哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、“973”計(jì)劃、上海市科委項(xiàng)目、中國科協(xié)“青年人才托舉過程”、上海市青年拔尖人才計(jì)劃、“111”計(jì)劃、生物反應(yīng)器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金、教育部基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金等經(jīng)費(fèi)資助。論文鏈接：https://www.nature.com/nmeth/journal/vaop/ncurrent/full/nmeth.4306.html。
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