10月15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、杨弋教授以及上海交通大学医学院附属第九人民医院方伟副主任医师合作在《细胞-代谢》上发表技术长文。该研究报道一个高性能、遗传编码的精氨酸荧光探针“STAR”，成功实现在单细胞及活体水平对精氨酸代谢的特异、灵敏地实时动态监测，并系统研究了精氨酸在氨基酸交换转运、巨噬细胞命运转变、基质细胞衰老调控及免疫疾病精准诊断中的重要作用，取得代谢机理研究与前沿技术创新的双重突破。
精氨酸是氨基酸中的“多面手”，其代谢途径复杂，可分解产生鸟氨酸、瓜氨酸、一氧化氮、精胺、亚精胺、肌酸等一系列重要体内代谢物。精氨酸生理功能非常丰富，除了参与蛋白质合成，还是氮平衡、尿素循环、血管舒张、免疫反应、肿瘤发生等多种生理病理过程的调节因子。然而，传统的生化方法难以进行原位、实时、动态、在体的分析，因此，迫切需要建立一种能真正用于活细胞和在体精氨酸代谢监测的新技术。
遗传编码的荧光探针是解决活细胞与在体代谢监测这一技术难题的“神兵利器”。聚焦活细胞代谢监测这一国际前沿领域，研究团队历经十几年的攻关，已针对细胞内核心辅酶类NADH、NAD+、NAD+/NADH和NADPH，糖代谢类的乳酸，以及氨基酸类的精氨酸等，研发系列高性能代谢荧光探针以及“高通量”“全景式”“跨尺度”的活细胞代谢监测分析技术。研究团队还基于智能设计和定向进化等策略，原创高特异、高响应、超灵敏的精氨酸荧光探针STAR，照亮活细胞、组织、活体以及临床样本中的精氨酸代谢。
精氨酸是重要的免疫调节分子。研究团队通过将STAR探针应用于原代巨噬细胞，系统展示了活细胞水平精氨酸在巨噬细胞极化、胞葬、衰老等命运转变中的动态变化，揭示精氨酸在激活和效应等不同阶段具有丰富的功能，为深入研究相关的免疫调节作用和机制奠定了重要基础。研究人员进一步发现，基质细胞衰老中精氨酸分解代谢增强，限制精氨酸则可有效缓解细胞衰老的部分表型，这些研究暗示精氨酸在衰老进程中扮演关键角色。
综上，这项研究不仅提供了创新性的代谢监测技术，而且揭示了精氨酸代谢在维持细胞营养稳态、免疫调控、细胞衰老及疾病诊断的多重作用，是该研究团队从核心辅酶和糖代谢研究拓展到氨基酸代谢领域的又一力作。
原文链接：https://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(24)00375-9