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近日，華東理工大學(xué)藥學(xué)院，生物反應(yīng)器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市細(xì)胞代謝光遺傳學(xué)技術(shù)前沿科學(xué)研究基地趙玉政教授、楊弋教授以及上海市第四人民醫(yī)院王從容主任合作，在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞-代謝》發(fā)表了題為“超靈敏傳感器揭示了生理和疾病中乳酸代謝的時(shí)空景觀”的技術(shù)長文，報(bào)道了一種高性能的乳酸監(jiān)測成像新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在活細(xì)胞、亞細(xì)胞和在體水平對(duì)乳酸代謝的原位、實(shí)時(shí)、定量動(dòng)態(tài)追蹤，并在乳酸空間分布、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、藥物篩選、臨床診斷方面取得了重要突破。
傳統(tǒng)認(rèn)為，乳酸是糖酵解途徑產(chǎn)生的代謝廢物和能量代謝中的“丑小鴨”，但這種觀念正在逐步發(fā)生改變。越來越多的研究表明乳酸是重要的能量燃料、合成砌塊和信號(hào)分子，是具有多種關(guān)鍵作用的代謝“明星”，在生理和病理過程中發(fā)揮重要作用。
然而，乳酸代謝呈現(xiàn)劇烈的動(dòng)態(tài)變化和復(fù)雜的空間分布，傳統(tǒng)的生化方法難以實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞和在體水平的動(dòng)態(tài)追蹤。因此，迫切需要建立一種面向活細(xì)胞和在體的、高時(shí)空分辨的乳酸代謝監(jiān)測新技術(shù)。
遺傳編碼的熒光探針是解決這一技術(shù)難題的神兵利器。聚焦細(xì)胞代謝監(jiān)測國際前沿領(lǐng)域，研究團(tuán)隊(duì)已針對(duì)細(xì)胞內(nèi)關(guān)鍵輔酶NADH、NAD+、NADPH以及乳酸等，研發(fā)了系列高性能代謝熒光探針以及“高通量”與“全景式”活細(xì)胞代謝監(jiān)測分析方法，成為該研究領(lǐng)域的重要標(biāo)桿。
此次，研究團(tuán)隊(duì)基于理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化等策略，獲得高特異、高響應(yīng)、超靈敏的乳酸熒光探針FiLa，在乳酸監(jiān)測分析的分辨率、準(zhǔn)確度、便捷性方面具有顯著優(yōu)勢，是能量代謝分析技術(shù)領(lǐng)域的重磅研究。
利用FiLa探針，作者首先繪制了亞細(xì)胞乳酸代謝圖譜。現(xiàn)有觀念一般都認(rèn)為乳酸定位于細(xì)胞漿，或者被作為廢物排放。上世紀(jì)90年代末研究者發(fā)現(xiàn)線粒體中存在乳酸脫氫酶，由此線粒體內(nèi)是否存在乳酸這一問題引發(fā)了一系列研究和激烈討論。利用FiLa探針，研究團(tuán)隊(duì)率先報(bào)道細(xì)胞核內(nèi)乳酸水平與細(xì)胞漿水平相近，而線粒體內(nèi)乳酸水平遠(yuǎn)高于細(xì)胞漿和細(xì)胞核。這一發(fā)現(xiàn)解決了該領(lǐng)域爭議了幾十年的重要科學(xué)問題，同時(shí)首次使人們觀察到，人體細(xì)胞內(nèi)乳酸具有更加豐富的代謝命運(yùn)，從而打開了乳酸代謝研究的新窗口。
接下來，研究團(tuán)隊(duì)基于FiLa探針建立了活細(xì)胞水平藥物高通量篩選方法，發(fā)現(xiàn)乳酸是感知各種代謝活動(dòng)的關(guān)鍵樞紐。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用FiLa探針對(duì)I型糖尿病和II型糖尿病小鼠開展了活體動(dòng)物成像研究，并建立了基于FiLa探針的高通量臨床樣本即時(shí)檢測技術(shù)，分別測定了成人隱匿性自身免疫性糖尿病（I型糖尿病的一類分型）、II型糖尿病、母系遺傳性糖尿病伴耳聾（MIDD）患者以及健康人的體液乳酸水平，發(fā)現(xiàn)MIDD糖尿病人尿液中乳酸水平升高。
由于MIDD患者的發(fā)病年齡和臨床表現(xiàn)缺乏顯著的區(qū)分度，經(jīng)常被誤診為I型或II型糖尿病，發(fā)現(xiàn)尿液乳酸顯著升高可能作為該疾病的潛在篩查標(biāo)志物，這將為臨床診斷提供重要依據(jù)。
總的來說，該研究不但發(fā)展了具有廣泛應(yīng)用前景的乳酸代謝監(jiān)測技術(shù)，解決了關(guān)于乳酸代謝的長期爭議，引出一系列前沿研究問題，并且為生命現(xiàn)象解析、疾病機(jī)制探索、創(chuàng)新藥物發(fā)現(xiàn)、疾病快速診斷等生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了創(chuàng)新性的研究工具，助力人民生命健康。
華東理工大學(xué)藥學(xué)院博士后李寫、王傲雪、鄒葉君、李婷，博士研究生黃立、陳偉才，以及上海市第六人民醫(yī)院張宜男副研究員、華東師范大學(xué)徐凌燕研究員為本研究的主要完成者。華東理工大學(xué)趙玉政教授、楊弋教授和上海市第四人民醫(yī)院王從容主任為共同通訊作者。
標(biāo)簽： 高性能乳酸監(jiān)測成像
