近日,华东理工大学药学院,生物反应器工程国家重点实验室,上海市细胞代谢光遗传学技术前沿科学研究基地赵玉政教授、杨弋教授以及上海市第四人民医院王从容主任合作,在国际权威学术期刊《细胞-代谢》发表了题为“超灵敏传感器揭示了生理和疾病中乳酸代谢的时空景观”的技术长文,报道了一种高性能的乳酸监测成像新技术,实现了在活细胞、亚细胞和在体水平对乳酸代谢的原位、实时、定量动态追踪,并在乳酸空间分布、调控网络、药物筛选、临床诊断方面取得了重要突破。
《细胞-代谢》发表了题为“超灵敏传感器揭示了生理和疾病中乳酸代谢的时空景观”的技术长文。本文图片均为 华东理工大学 供图传统认为,乳酸是糖酵解途径产生的代谢废物和能量代谢中的“丑小鸭”,但这种观念正在逐步发生改变。越来越多的研究表明乳酸是重要的能量燃料、合成砌块和信号分子,是具有多种关键作用的代谢“明星”,在生理和病理过程中发挥重要作用。然而,乳酸代谢呈现剧烈的动态变化和复杂的空间分布,传统的生化方法难以实现活细胞和在体水平的动态追踪。因此,迫切需要建立一种面向活细胞和在体的、高时空分辨的乳酸代谢监测新技术。
在体乳酸图像遗传编码的荧光探针是解决这一技术难题的神兵利器。聚焦细胞代谢监测国际前沿领域,研究团队已针对细胞内关键辅酶NADH、NAD+、NADPH以及乳酸等,研发了系列高性能代谢荧光探针以及“高通量”与“全景式”活细胞代谢监测分析方法,成为该研究领域的重要标杆。此次,研究团队基于理性设计和定向进化等策略,获得高特异、高响应、超灵敏的乳酸荧光探针FiLa,在乳酸监测分析的分辨率、准确度、便捷性方面具有显著优势,是能量代谢分析技术领域的重磅研究。
高性能乳酸检测技术助力药物筛选和疾病快速诊断。利用FiLa探针,作者首先绘制了亚细胞乳酸代谢图谱。现有观念一般都认为乳酸定位于细胞浆,或者被作为废物排放。上世纪90年代末研究者发现线粒体中存在乳酸脱氢酶,由此线粒体内是否存在乳酸这一问题引发了一系列研究和激烈讨论。利用FiLa探针,研究团队率先报道细胞核内乳酸水平与细胞浆水平相近,而线粒体内乳酸水平远高于细胞浆和细胞核。这一发现解决了该领域争议了几十年的重要科学问题,同时首次使人们观察到,人体细胞内乳酸具有更加丰富的代谢命运,从而打开了乳酸代谢研究的新窗口。接下来,研究团队基于FiLa探针建立了活细胞水平药物高通量筛选方法,发现乳酸是感知各种代谢活动的关键枢纽。研究团队进一步利用FiLa探针对I型糖尿病和II型糖尿病小鼠开展了活体动物成像研究,并建立了基于FiLa探针的高通量临床样本即时检测技术,分别测定了成人隐匿性自身免疫性糖尿病(I型糖尿病的一类分型)、II型糖尿病、母系遗传性糖尿病伴耳聋(MIDD)患者以及健康人的体液乳酸水平,发现MIDD糖尿病人尿液中乳酸水平升高。
由于MIDD患者的发病年龄和临床表现缺乏显著的区分度,经常被误诊为I型或II型糖尿病,发现尿液乳酸显著升高可能作为该疾病的潜在筛查标志物,这将为临床诊断提供重要依据。
总的来说,该研究不但发展了具有广泛应用前景的乳酸代谢监测技术,解决了关于乳酸代谢的长期争议,引出一系列前沿研究问题,并且为生命现象解析、疾病机制探索、创新药物发现、疾病快速诊断等生命医学领域提供了创新性的研究工具,助力人民生命健康。
华东理工大学药学院博士后李写、王傲雪、邹叶君、李婷,博士研究生黄立、陈伟才,以及上海市第六人民医院张宜男副研究员、华东师范大学徐凌燕研究员为本研究的主要完成者。华东理工大学赵玉政教授、杨弋教授和上海市第四人民医院王从容主任为共同通讯作者。
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华东理工大学有徐汇、奉贤和金山三个校区。
徐汇校区设有:化学工程学院、化学与分子工程学院、生物工程学院、药学院、材料科学与工程学院、机械与动力工程学院。
奉贤校区设有:资源与环境工程学院、理学院、商学院、社会与公共管理学院、艺术设计与传媒学院、外国语学院、商学院法律,社会和历史学院。
金山校区含有机:化工、化学纤维、高分子化工、化学工程、化工设备和与机械、高分子材料加工机械、机械制造工艺与设备、生产过程自动化、计算机应用、石油化工企业经济、外贸等11个专业。
华东理工大学原名华东化工学院,1952年由交通大学(上海)、震旦大学(上海)、大同大学(上海)、东吴大学(苏州)、江南大学(无锡)等校化工系合并组建而成,是新中国第一所以化工特色闻名的高等学府。
华东理工大学坚持社会主义办学方向,全面落实立德树人根本任务,培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。拥有国家级实验教学示范中心2个,国家级虚拟仿真实验教学中心2个,上海市实验教学示范中心4个。
学校国家特色专业12个,国家一流本科专业建设点15个,上海市一流本科专业建设点3个;国家工程实践教育中心5个。被评为全国毕业生就业典型经验高校、全国深化创新创业教育改革示范高校。在QS全球毕业生就业竞争力排名中,位居大陆高校第16名。
华东理工大学是211工程大学,华东理工大学2023届本科生有4111人,其中获得保送研究生资格的学生有846人,华东理工大学2023届保送研究生所占的比例为20.58%。华东理工大学的化工学院2023届本科生有410人,保送研究生有98人,所占的比例为23.9%。
华东理工大学的化学与分子工程学院2023届本科生有253人,保送研究生有85人,所占的比例为33.6%。华东理工大学的生物工程学院2023届本科生有340人,保送研究生有85人,所占的比例为25%。
华东理工大学的药学院2023届本科生有191人,保送研究生有45人,所占的比例为23.56%。华东理工大学的材料科学与工程学院2023届本科生有341人,保送研究生有78人,所占的比例为22.87%。
华东理工大学的信息科学与工程学院2023届本科生有485人,保送研究生有96人,所占的比例为19.79%。华东理工大学的机械与动力工程学院2023届本科生有357人,保送研究生有71人,所占的比例为19.89%。
华东理工大学的资源与环境工程学院2023届本科生有183人,保送研究生有41人,所占的比例为22.4%。华东理工大学的数学学院2023届本科生有101人,保送研究生有21人,所占的比例为20.79%。华东理工大学的物理学院2023届本科生有96人,保送研究生有14人,所占的比例为14.58%。
华东理工大学的商学院2023届本科生有557人,保送研究生有69人,所占的比例为12.39%。华东理工大学的社会与公共管理学院2023届本科生有182人,保送研究生有34人,所占的比例为18.68%。
华东理工大学的外国语学院2023届本科生有149人,保送研究生有14人,所占的比例为9.4%。华东理工大学的艺术设计与传媒学院2023届本科生有209人,保送研究生有25人,所占的比例为11.96%。华东理工大学的法学院2023届本科生有123人,保送研究生有10人,所占的比例为8.13%。
华东理工大学的体育科学与工程学院2023届本科生有30人,保送研究生有6人,所占的比例为20%。华东理工大学的中德工学院2023届本科生有104人,保送研究生有1人,所占的比例为0.96%。
华东理工大学机械与动力工程学院的机械设计制造及其自动化专业2023届本科生有116人,保送研究生有24人,所占的比例为20.69%。华东理工大学机械与动力工程学院的过程装备与控制工程专业2023届本科生有151人,保送研究生有31人,所占的比例为20.53%。华东理工大学机械与动力工程学院的材料成型及控制工程专业2023届本科生有90人,保送研究生有14人,所占的比例为15.56%。
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