- 高分辨率熒光傳感器實現細胞內腺苷動態的多尺度可視化
- 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育生物學研究所（IGDB）
中國科學院遺傳與發育生物學研究所（IGDB）的研究團隊在《自然・通訊》（Nature Communications）發表研究，詳述了一種新型基因編碼熒光傳感器的開發，可針對細胞類型特異性地實時監測細胞內腺苷（iAdo）動態。
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測癲癇發作或睡眠 - 覺醒周期中的 iAdo 動態變化。
研究背景與科學挑戰
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作期間細胞內腺苷的動態變化。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，發現小鼠基底前腦區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態調控中的分工。這一發現為通過調節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開辟了新方向。
更多信息
相關研究成果發表于《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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