最新一期的国际著名学术期刊《CellMetabolism》杂志(《细胞-代谢》，《Cell》杂志子刊)，发表了华东理工大学杨弋教授课题组的研究成果。这个课题组在新研究中利用合成生物学方法开发出了一系列“检测细胞内NADH的遗传编码探针”，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。
还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）及其氧化型（NAD+），是生物体内最重要的辅酶，广泛参与了细胞内的物质、能量代谢，信号转导与基因调控，与癌症、心血管疾病、糖尿病、神经退行性疾病等许多人类重要疾病关系密切。长期以来，细胞内的物质、能量代谢，信号转导与基因调控虽然是人体的重要指标，但是很难检测到细胞代谢的全过程，杨弋教授课题组利用合成生物学方法，开发了一系列的检测NADH的遗传编码荧光探针，在国际上首次实现了对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。鉴于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，新研究为研究者提供用生物成像技术观察组织与细胞内NADH的分布、细胞的运行情况、细胞的代谢情况的创新工具与手段，同时可以对细胞的代谢情况进行高时空分辨率的探测、录像和拍照，还可以定位或定向任何一个地方和部位进行检测，对推动人们更好地了解细胞内物质与能量代谢的调节机制具有十分重要的意义。
在这项研究成果中，研究人员开发和利用细胞自己生成的这些独特的荧光探针，首次精确测定人体细胞不同亚细胞结构内自由NADH分布水平，在实时动态中像电影一样看到人类和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可以自由跨膜进入细胞内调控多种生命活动。基于大量的实验数据，课题组提出了胞浆中的NADH是对人体生理条件改变非常敏感的，而线粒体有很强的维持生理NADH稳态的观点。该项研究受国家自然科学基金、“863”计划、霍英东教育基金、上海高校特聘教授（东方学者）岗位计划和美国NIH等经费资助。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1016/j.cmet.2011.09.004
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Genetically Encoded Fluorescent Sensors for Intracellular NADH Detection
Yuzheng Zhao, Jing Jin, Qingxun Hu, Hai-Meng Zhou, Jing Yi, Zhenhang Yu, Lei Xu, Xue Wang, Yi Yang, Joseph Loscalzo
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.
