- 高分辨率熒光傳感器實現細胞內腺苷動態(tài)的多尺度可視化
- 來源：作者：張楠楠（中國科學院）來源：中國科學院 發(fā)表于 2025/5/26
HypnoS：一種超靈敏的細胞內腺苷傳感器。圖片來源：中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所（IGDB）
中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所（IGDB）的研究團隊在《自然・通訊》（Nature Communications）發(fā)表研究，詳述了一種新型基因編碼熒光傳感器的開發(fā)，可針對細胞類型特異性地實時監(jiān)測細胞內腺苷（iAdo）動態(tài)。
這種名為 “超靈敏細胞內腺苷傳感器”（Hypersensitive intracellular adenosine Sensor, HypnoS）的工具，能夠在活體動物大腦中以高時空分辨率監(jiān)測癲癇發(fā)作或睡眠 - 覺醒周期中的 iAdo 動態(tài)變化。
研究背景與科學挑戰(zhàn)
細胞外腺苷（eAdo）和細胞內腺苷（iAdo）通過平衡核苷轉運蛋白（ENTs）形成跨膜信號網絡，其失衡與神經退行性疾病、代謝綜合征和腫瘤等密切相關。然而，傳統技術在捕捉 iAdo 毫秒級動態(tài)變化及其亞細胞定位模式上存在局限，導致腺苷的細胞來源、釋放機制及跨膜轉運的具體過程仍存爭議。
技術突破：HypnoS 傳感器的設計與性能
為攻克上述難題，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所吳昭法團隊聯合北京大學王京、李毓龍團隊，利用環(huán)形排列增強型綠色熒光蛋白（cpEGFP）和腺苷脫氨酶（PvADA）設計了 HypnoS。通過篩選 3000 多種蛋白變體，最終獲得的傳感器具備以下特性：
超高響應幅度：最大熒光響應幅度約 900%；
快速動力學：亞秒級動力學響應；
高選擇性：對腺苷底物具有高度特異性，且不干擾正常細胞生理活動。
HypnoS 能夠在活體果蠅和小鼠模型中實現從單細胞到全腦組織的多尺度 iAdo 動態(tài)可視化：
病理場景：癲癇研究
結合活體寬場成像技術，研究團隊在小鼠大腦中以全皮層為空間尺度、高時間分辨率記錄了癲癇發(fā)作期間細胞內腺苷的動態(tài)變化。結果揭示了細胞內腺苷在癲癇中潛在的神經保護作用。
通過在神經元和星形膠質細胞中特異性表達 HypnoS，并利用活體雙光子成像技術，進一步在單細胞分辨率下解析了不同細胞類型中 iAdo 的動態(tài)差異。
生理場景：睡眠 - 覺醒調控
研究團隊結合光纖記錄與腦電圖、肌電圖，發(fā)現小鼠基底前腦區(qū)在清醒和快速眼動睡眠期間細胞內腺苷水平升高，而非快速眼動睡眠期間降低。
進一步研究表明，ENT1/2 轉運蛋白主要介導神經元中腺苷的釋放，并促進星形膠質細胞對腺苷的攝取，揭示了兩種細胞在睡眠穩(wěn)態(tài)調控中的分工。這一發(fā)現為通過調節(jié)腺苷水平干預睡眠障礙提供了分子基礎。
科學意義與應用前景
HypnoS 的開發(fā)突破了傳統技術瓶頸，為解析腺苷在生理和病理過程中的跨細胞調控機制提供了關鍵工具。其多尺度可視化能力不僅深化了對神經疾病和睡眠調控的理解，也為靶向腺苷信號通路的藥物研發(fā)開辟了新方向。
更多信息
相關研究成果發(fā)表于《自然・通訊》，標題為《高性能熒光傳感器時空揭示體內細胞類型特異性的細胞內腺苷調控》（A high-performance fluorescent sensor spatiotemporally reveals cell-type specific regulation of intracellular adenosine in vivo），DOI: 10.1038/s41467-025-59530-7。
期刊信息：Nature Communications
來源：中國科學院
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