自噬（macroautophagy/autophagy）是真核細(xì)胞中高度保守的細(xì)胞內(nèi)降解途徑，通過(guò)溶酶體清除受損細(xì)胞器或有害物質(zhì)，在營(yíng)養(yǎng)應(yīng)激、免疫應(yīng)答、細(xì)胞器修復(fù)乃至程序性細(xì)胞死亡中發(fā)揮關(guān)鍵作用【1】。自噬失調(diào)與腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、感染和代謝綜合征等多種重大疾病密切相關(guān)，因此被視為重要的治療靶點(diǎn)【2,3】。然而，自噬是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)、多步驟的過(guò)程，如何精準(zhǔn)測(cè)量活體系統(tǒng)內(nèi)的自噬流一直是領(lǐng)域內(nèi)的重要技術(shù)瓶頸【4】。當(dāng)前應(yīng)用最廣的mRFP-GFP-LC3系統(tǒng)雖能區(qū)分自噬體與自噬溶酶體，卻嚴(yán)重依賴基因轉(zhuǎn)染，在原代細(xì)胞中效率低下，且背景信號(hào)高、難以推廣至活體動(dòng)物，使得非基因編碼的新型探針成為迫切需求。現(xiàn)有小分子熒光探針雖無(wú)需轉(zhuǎn)染，但多基于pH、極性等微環(huán)境特征，特異性不足；而靶向LC3的探針則面臨細(xì)胞通透性差、無(wú)法在自由態(tài)、自噬體結(jié)合態(tài)與自噬溶酶體結(jié)合態(tài)間給出差異化信號(hào)等挑戰(zhàn)，難以準(zhǔn)確追蹤自噬流全貌【5】。

近日，浙江大學(xué)藥學(xué)院李新教授團(tuán)隊(duì)攜手南京醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院韓峰教授、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院盧應(yīng)梅教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)上述難題在Autophagy期刊發(fā)表了題為Iterative design leads to a smart probe capable of quantifying autophagic flux with switchable fluorescence via engaging MAP1LC3/LC3的研究，開(kāi)發(fā)了一種名為ATP1的活性小分子熒光探針。該探針具有分子量小、細(xì)胞膜通透性好、信號(hào)智能動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)，通過(guò)與自噬標(biāo)志蛋白LC3直接結(jié)合實(shí)現(xiàn)高度特異性，并利用微環(huán)境敏感的光譜特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)活細(xì)胞自噬流的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

ATP1的設(shè)計(jì)理念源于自噬受體識(shí)別LC3的核心機(jī)制。自噬受體通過(guò)其LIR基序（通常包含ΦXXΨ序列）與LC3結(jié)合，為探針開(kāi)發(fā)提供了天然的靶向模板【6】。然而，傳統(tǒng)LIR肽段往往面臨親和力與細(xì)胞通透性難以兼得的困境?；谶@一機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)提出一項(xiàng)巧妙策略：將LIR序列最小化以保障膜通透性，同時(shí)篩選能參與蛋白親和的熒光團(tuán)以補(bǔ)足序列最小化對(duì)親和作用的不利影響，最后通過(guò)對(duì)該熒光團(tuán)的結(jié)構(gòu)-光物理性質(zhì)改造賦予其微環(huán)境敏感的智能信號(hào)，使探針呈現(xiàn)出結(jié)合至自噬小體富集的LC3致熒光開(kāi)啟，自噬小體與溶酶體融合致熒光變色的性質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)不同階段自噬流的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

經(jīng)過(guò)在基礎(chǔ)自噬、藥物誘導(dǎo)自噬及基因敲除等多重驗(yàn)證體系下，證明ATP1能特異性成像自噬流。與傳統(tǒng)mRFP-GFP-LC3系統(tǒng)相比，ATP1不僅操作簡(jiǎn)便、成像均一、信噪比高，更突破了原代細(xì)胞外源基因?qū)肜щy的瓶頸，成功實(shí)現(xiàn)了原代神經(jīng)元中自噬流的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。在體外氧糖剝奪模型和野生型小鼠缺血性腦卒中模型中，成功實(shí)時(shí)可視化了自噬體形成及其與溶酶體融合的動(dòng)態(tài)過(guò)程，為理解缺血損傷下的自噬調(diào)控作用提供了新見(jiàn)解。此外，得益于其巧妙的設(shè)計(jì)，ATP1能夠靈敏捕捉自噬流的細(xì)微變化，在自噬調(diào)節(jié)劑的高通量篩選中展現(xiàn)出突出優(yōu)勢(shì)。總之，“自噬不再是靜態(tài)的快照，而是一部可以實(shí)時(shí)回放的電影。”ATP1為自噬成像提供了全新工具視角，有望拓展至更多自噬相關(guān)疾病的機(jī)制研究與藥物篩選等應(yīng)用場(chǎng)景。

浙江大學(xué)藥學(xué)院李新教授、南京醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院韓峰教授和南京醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院盧應(yīng)梅教授為共同通訊作者。南京醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院盧亞萍博士與浙江大學(xué)藥學(xué)院碩士生王寧為論文的共同第一作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1080/15548627.2026.2674717

制版人：十一

參考文獻(xiàn)

[1] Mizushima N. A brief history of autophagy from cell biology to physiology and disease.Nat Cell Biol2018; 20:521-7.

[2]Mizushima N, Levine B. Autophagy in Human Diseases.N Engl J Med2020; 383:1564-76.

[3]Zhao YG, Codogno P, Zhang H. Machinery, regulation and pathophysiological implications of autophagosome maturation.Nat Rev Mol Cell Biol2021; 22:733-50.

[4] Klionsky DJ, Abdel-Aziz AK, Abdelfatah S, Abdellatif M, Abdoli A, Abel S, et al. Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition).Autophagy2021; 17:1-382.

[5] Li X, Liang X, Yin J, Lin W. Organic fluorescent probes for monitoring autophagy in living cells.Chem Soc Rev2021; 50:102-19.

[6] Vargas JNS, Hamasaki M, Kawabata T, Youle RJ, Yoshimori T. The mechanisms and roles of selective autophagy in mammals.Nat Rev Mol Cell Biol2023; 24:167-85.

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