组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
蛋白-蛋白相互作用（protein–protein interaction）、蛋白构象变化（conformational change）、第二信使（cAMP、cGMP、Ca2+、NO）、蛋白磷酸化（phosphorylation）、蛋白酶活性（protease activity）、蛋白转位（protein translocation）；样品基质：活细胞、细胞培养物、组织/动物。
检测原理
综述中的光学传感主要基于共振能量转移（RET）。当识别元件（蛋白结合域、激酶磷酸化位点、第二信使结合域或蛋白片段）与目标蛋白、配体、第二信使或酶底物发生结合/反应时，供体与受体的空间距离或取向改变。FRET中，外部光激发供体荧光蛋白，若供体-受体距离在1–10 nm且光谱重叠，能量非辐射转移至受体，导致供体发射下降、受体发射上升；BRET以荧光素酶催化底物氧化发光作为供体，无需外部激发，信噪比高。蛋白片段互补（PCA）在相互作用后重组为单一发光报告，灵敏度更高。信号通过荧光显微镜、多标签读板仪或流式细胞仪读出，并可结合酶催化或可溶性鸟苷酸环化酶等放大策略。
检测灵敏度
LOD: down to the picomolar level（NO）
效应效果
综述指出，BRET具有较高信噪比、易于建立和高通量，适合微孔板筛选；FRET空间与时间分辨率更高，但需校正光谱串扰和自发荧光。PCA只需监测单一发光通道，灵敏度高，可用于活体成像。流式细胞术可同时分析10个以上参数，检测速率可达100 000 cells/s，并用于荧光细胞条形码和异质细胞群分选。HTP RNAi时间成像以约30 min间隔连续2 d监测HeLa细胞，可区分基因敲下的早期与继发效应。NO放大偶联FRET探针可达皮摩尔级检测，可溶性鸟苷酸环化酶每分钟可生成约6000个cGMP分子，用于放大信号。
传感器的构成
- 细胞基质/活细胞：作为传感器表达、定位与信号发生环境，提供生理微环境
- 荧光蛋白标记层：GFP、CFP、YFP、EGFP等作为RET供体/受体或单一荧光报告
- 生物发光酶标记层：Fluc、Rluc、Gaussia luciferase作为BRET供体或PCA报告酶
- 识别/结合元件：PKA亚基、Epac、激酶磷酸化位点、蛋白片段互补域等，响应被测物
- RET供受体对：CFP/YFP、Rluc/GFP、FlAsH-CFP等，将结合/构象变化转为光学信号
- 化学标记/小分子探针：FlAsH、HaloTag、SNAP-tag、DHFR、His-tag等用于定点标记
- 读出装置：荧光显微镜、多标签读板仪、流式细胞仪，采集荧光/发光/寿命/各向异性信号
中文摘要
本综述概述了功能蛋白质组学中用于研究蛋白定位、蛋白-蛋白相互作用、细胞内信号事件和第二信使生成的当前光学方法。文章讨论了利用荧光蛋白或生物发光蛋白标记的报告基因检测，以及近年来发展的细胞内生物传感器检测、基于流式细胞术的荧光细胞条形码、结合RNA干扰与自动成像的转染细胞微阵列等筛选平台。这些新方法可用于小分子注释、信号事件研究和表型分析，并借助改进的图像采集与处理技术，将体外观察与体内过程联系起来。所获数据日益定量化，将为信号级联和复杂细胞事件的建模奠定基础，推动系统生物学发展。
英文摘要
This review aims to provide an overview of current optical procedures used in functional proteomics, investigating protein localization, protein-protein interaction, intracellular signaling events, and second messenger generation in living cells. Reporter assays using proteins tagged with fluorescent or bioluminescent moieties are discussed. Recently, intracellular biosensor assays, flow cytometry-based techniques (fluorescent cell barcoding), as well as transfected cell microarray assays involving RNA interference coupled with automated imaging were introduced and have been adopted as screening platforms for annotating small molecules, investigating signaling events, or in phenotype analysis. These novel methodological advances include improved image acquisition and processing techniques and help linking in vitro observations to in vivo processes. In addition, the acquired data are increasingly quantitative in nature and will therefore pave the way for modeling of signaling cascades and other complex cellular events, an important step toward systems biology.