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文献解析|NatureProtocols报道华东理工氧化还原

代谢成像新进展：开启全景式实时动态分析新时代

引言

2018年9月26日，国际权威学术期刊NatureProtocols在线报道了华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室、药学院杨弋

教授、赵玉政教授课题组在氧化还原代谢成像领域的最新研究成果：“Analysisofredoxlandscapesanddynamicsinlivingcellsand

invivousinggeneticallyencodedfluorescentsensors”。这一突破性进展不仅为理解物质与能量代谢的调节机制提供了创新性的研

究工具，也为衰老及相关疾病的诊断与创新药物发现提供了重要技术支撑。

一、氧化还原代谢物的重要性与挑战

1.1氧化还原代谢物的核心作用

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH/NAD+）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH/NADP+）、巯基/二硫键（-SH/-SS-）以及活

性自由基（ROS），作为生物体内最主要的氧化还原代谢物，在细胞代谢、信号转导以及细胞生长、增殖、衰老和死亡等过程中发挥着

至关重要的作用。这些代谢物的动态平衡不仅维持着细胞正常的生理功能，还与多种疾病的发生发展密切相关。

1.2传统方法的局限性

然而，传统的生化方法依赖于细胞裂解，难以在活细胞、亚细胞以及活体水平原位实时追踪这些代谢物的变化。此外，这些方法在

应用于高通量的化合物或基因筛选时也存在诸多困难，严重制约了相关领域的发展。因此，开发一种能够在活细胞、亚细胞以及活体水

平原位实时追踪氧化还原代谢物变化的技术显得尤为重要。

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二、高性能荧光探针的研发与应用

2.1荧光探针的设计与性能

为了解决上述科学难题，杨弋教授、赵玉政教授课题组针对核心氧化还原代谢物NADH/NAD+和NADPH/NADP+，发展了系列高

性能的荧光探针。这些荧光探针具有灵敏度高、特异性强、稳定性好等优点，能够在活细胞、亚细胞以及活体水平实现对氧化还原代谢

物的原位、实时、动态监测。

2.2高通量分析方法的建立

基于这些高性能的荧光探针，研究团队进一步建立了原位、实时、动态的高通量分析方法。该方法不仅适用于单个细胞的氧化还原

代谢状态监测，还能够实现对大量细胞或活体样本的快速、准确分析。这一方法的建立为药物筛选、疾病诊断以及代谢网络研究提供了

强有力的技术支持。

三、氧化还原“全景式”实时动态分析技术的构建

3.1技术的创新点

利用多个遗传编码的荧光蛋白探针，研究团队首次在单细胞和活体水平建立了氧化还原“全景式”实时动态分析技术。这一技术能

够同时监测多种氧化还原代谢物的动态变化，实现对细胞或活体氧化还原状态的全面、系统、灵活有力的研究。

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3.2技术的优势与应用

相比于传统的生化或成像方法，氧化还原“全景式”实时动态分析技术具有诸多优势。首先，它能够提供更为全面、系统的氧化还

原代谢信息，有助于揭示代谢网络中的复杂关系。其次，该技术具有高度的灵活性和可扩展性，可推广到其他遗传编码的荧光探针，也

可使用多种分析平台如荧光显微镜、高内涵成像系统、流式细胞仪和酶标仪等。最后，该技术能够实现对细胞或活体氧化还原状态的实

时动态监测，为疾病诊断、药物筛选以及代谢网络研究提供了更为准确、可靠的数据支持。

四、氧化还原“全景式”实时动态分析技术的应用案例

4.1不同细胞器氧化还原状态的研究

利用氧化还原“全景式”实时动态分析技术，研究团队对不同细胞器的氧化还原状态进行了深入研究。他们发现，不同细胞器在氧

化还原代谢过程中扮演着不同的