Autophagy | ATP1探針點亮自噬之路，為神經損傷與藥物篩選開啟新視角

自噬（macroautophagy/autophagy）是真核細胞中高度保守的細胞內降解途徑，通過溶酶體清除受損細胞器或有害物質，在營養應激、免疫應答、細胞器修復乃至程序性細胞死亡中發揮關鍵作用【1】。自噬失調與腫瘤、神經退行性疾病、感染和代謝綜合征等多種重大疾病密切相關，因此被視為重要的治療靶點【2,3】。然而，自噬是一個高度動態、多步驟的過程，如何精準測量活體系統內的自噬流一直是領域內的重要技術瓶頸【4】。當前應用最廣的mRFP-GFP-LC3系統雖能區分自噬體與自噬溶酶體，卻嚴重依賴基因轉染，在原代細胞中效率低下，且背景信號高、難以推廣至活體動物，使得非基因編碼的新型探針成為迫切需求。現有小分子熒光探針雖無需轉染，但多基于pH、極性等微環境特征，特異性不足；而靶向LC3的探針則面臨細胞通透性差、無法在自由態、自噬體結合態與自噬溶酶體結合態間給出差異化信號等挑戰，難以準確追蹤自噬流全貌【5】。

近日，浙江大學藥學院李新教授團隊攜手南京醫科大學藥學院韓峰教授、基礎醫學院盧應梅教授團隊針對上述難題在Autophagy期刊發表了題為Iterative design leads to a smart probe capable of quantifying autophagic flux with switchable fluorescence via engaging MAP1LC3/LC3的研究，開發了一種名為ATP1的活性小分子熒光探針。該探針具有分子量小、細胞膜通透性好、信號智能動態的特點，通過與自噬標志蛋白LC3直接結合實現高度特異性，并利用微環境敏感的光譜特性，實現對活細胞自噬流的實時動態監測。

ATP1的設計理念源于自噬受體識別LC3的核心機制。自噬受體通過其LIR基序（通常包含ΦXXΨ序列）與LC3結合，為探針開發提供了天然的靶向模板【6】。然而，傳統LIR肽段往往面臨親和力與細胞通透性難以兼得的困境。基于這一機制，研究團隊提出一項巧妙策略：將LIR序列最小化以保障膜通透性，同時篩選能參與蛋白親和的熒光團以補足序列最小化對親和作用的不利影響，最后通過對該熒光團的結構-光物理性質改造賦予其微環境敏感的智能信號，使探針呈現出結合至自噬小體富集的LC3致熒光開啟，自噬小體與溶酶體融合致熒光變色的性質，最終實現不同階段自噬流的動態監測。

經過在基礎自噬、藥物誘導自噬及基因敲除等多重驗證體系下，證明ATP1能特異性成像自噬流。與傳統mRFP-GFP-LC3系統相比，ATP1不僅操作簡便、成像均一、信噪比高，更突破了原代細胞外源基因導入困難的瓶頸，成功實現了原代神經元中自噬流的實時動態檢測。在體外氧糖剝奪模型和野生型小鼠缺血性腦卒中模型中，成功實時可視化了自噬體形成及其與溶酶體融合的動態過程，為理解缺血損傷下的自噬調控作用提供了新見解。此外，得益于其巧妙的設計，ATP1能夠靈敏捕捉自噬流的細微變化，在自噬調節劑的高通量篩選中展現出突出優勢。總之，“自噬不再是靜態的快照，而是一部可以實時回放的電影。”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疾病的機制研究與藥物篩選等應用場景。

浙江大學藥學院李新教授、南京醫科大學藥學院韓峰教授和南京醫科大學基礎醫學院盧應梅教授為共同通訊作者。南京醫科大學基礎醫學院盧亞萍博士與浙江大學藥學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

[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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