葛广波、郭兆彬团队受邀发表内质网驻留蛋白荧光探针的分子工程与生物医学应用综述

上海中医药大学

2024/12/20

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心血管疾病恶性肿瘤上海中医药大学

近日，我校交叉科学研究院葛广波讲席教授团队受邀在材料化学权威期刊、自然指数期刊Advanced Functional Materials上发表题为Fluorogenic Probes for Functional Imaging of Endoplasmic Reticulum-Resident Proteins: from Molecular Engineering to Biomedical Applications的综述论文。该文系统总结了内质网驻留蛋白荧光探针的设计研发策略、新近研究进展和未来发展趋势，重点讨论了该类探针的分子构筑策略、光学传感原理和机制，以及其生物医学应用。

内质网作为真核细胞中最大的细胞器，执行多种关键的生理功能，如蛋白质合成与折叠、脂质合成与转运、内源物及药物代谢、钙稳态及细胞间相互作用等。一些蛋白在内质网中合成后会长期驻留在内质网中，被称为内质网驻留蛋白（ERPs），主要包括部分离子通道、受体及多种代谢酶（如细胞色素P450酶）。这些ERPs参与了机体内部复杂的物质交换和生化级联反应，在能量代谢、生物合成、细胞稳态、异物质代谢和信号传导等生理过程中扮演着不可或缺的角色。然而，诸多外部因素（如缺氧、营养缺乏和环境毒物）容易引发ERPs结构或功能的异常，进而诱发内质网应激反应，严重时会导致脏器损伤、糖尿病、心血管疾病和恶性肿瘤等复杂代谢性疾病的发生。研发高效且非侵入性的技术手段用于复杂生物体系中ERPs的原位可视化分析及动态全景式表征，对于解析复杂疾病的发生发展过程、寻找有效的疾病诊疗手段，以及加速新药研发进程等具有重大意义。

该文聚焦近十年ERPs荧光探针领域的最新进展，总结了ERPs荧光探针研发常用的分子构筑策略、光学传感类型及其机制，为研究者提供详尽的设计原理和技术细节。论文还系统归纳了小分子荧光探针的内质网靶向策略，展示多种有效改善染料亚细胞定位和多功能生物传感性能的实用方法。在此基础上，作者还介绍了一系列新型实用的ERPs激活型探针，重点讨论其结构类型、识别片段、检测性能和生物医学应用。这些信息对于深入了解探针的传感性能及其在各种场景中的应用潜力至关重要，包括标志物分析、诊疗一体化、多模态成像、原位标记和药物筛选等多个方面。为拓宽其在临床实践和基础研究中的应用，还对ERPs荧光探针的未来发展方向和重大挑战进行探讨，旨在促进更多实用型荧光传感器的研发。