日前，最新一期《细胞—代谢》杂志发表了华东理工大学生物反应器国家重点实验室杨弋课题组的一项研究成果。该研究题为《检测细胞内NADH分子的遗传编码荧光探针》，提出了一种对组织和细胞内NADH的分布进行成像的新方法，为更好地了解物质与能量代谢的调节机制提供了重要的创新工具与手段。
NADH也称为还原型辅酶I，是生物体内最重要的辅酶，可参与细胞内的物质、能量代谢及信号转导与基因调控，与癌症、心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病等关系密切。
长期以来，人们一直利用NADH微弱的自发荧光来检测细胞内代谢状态，但该方法不仅需要复杂尖端的仪器与物理数学方法，还存在非特异性与难以定量的问题。
最近，研究人员发现细菌中有一种被称为Rex的蛋白质，会特异性地感受NADH并发生形状的变化。“我们利用合成生物学方法，将Rex蛋白与荧光蛋白组合，得到了一系列可以特异性检测NADH的荧光蛋白分子，并在国际上首次实现了在活细胞及各种亚细胞结构中对NADH分子的实时动态、特异性的检测与成像。”杨弋说。
他进一步介绍说，这些荧光蛋白分子完全由基因编码，很容易导入细胞并定位于不同的亚细胞结构，因而它们也被称为遗传编码荧光探针。
该课题组还利用这一工具，首次精确测定人体细胞的不同亚细胞结构内自由NADH分布水平，实时动态看到人类等哺乳动物细胞内葡萄糖代谢、线粒体呼吸链功能、氧化还原调控条件下NADH代谢情况，并发现NADH可自由跨膜进入细胞内调控多种生命活动。此外，他们还发现，在代谢失衡的癌细胞中，NADH水平发生上升。据此，杨弋等提出了胞浆中的NADH对人体生理条件改变非常敏感，而线粒体有很强的维持生理NADH稳态的观点。
有关专家认为，由于NADH在代谢和信号转导中的中心作用及其在疾病诊疗中的重要性，对组织与细胞内NADH的分布进行生物成像，将为人们更好地了解物质与能量代谢的调节机制提供重要的创新工具。
据记者了解，该论文发表后一周内，已经有多个国外实验室来信联系，希望允许他们使用这一技术进行研究。其中，荷兰一位教授说：“这是我们一直在寻找的技术，可以将我们的研究推进一大步。（生物探索）
相关英文论文摘要：
Genetically Encoded Fluorescent Sensors for Intracellular NADH Detection
We have developed genetically encoded fluorescent sensors for reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH), which manifest a large change in fluorescence upon NADH binding. We demonstrate the utility of these sensors in mammalian cells by monitoring the dynamic changes in NADH levels in subcellular organelles as affected by NADH transport, glucose metabolism, electron transport chain function, and redox environment, and we demonstrate the temporal separation of changes in mitochondrial and cytosolic NADH levels with perturbation. These results support the view that cytosolic NADH is sensitive to environmental changes, while mitochondria have a strong tendency to maintain physiological NADH homeostasis. These sensors provide a very good alternative to existing techniques that measure endogenous fluorescence of intracellular NAD(P)H and, owing to their superior sensitivity and specificity, allow for the selective monitoring of total cellular and compartmental responses of this essential cofactor.
英文论文链接：https://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(11)00350-0
