AMP-激活蛋白激酶（AMPK）是细胞能量代谢的核心调控激酶，也是2型糖尿病等代谢疾病的潜在治疗靶点。尽管体外研究揭示了AMPK受AMP/ATP、LKB1和CaMKK2等复杂调控，其在活体细胞与器官中的异质性仍不清楚。作者将长柔性EV连接肽引入AMPK FRET传感器AMPKAR，并将YFP替换为FRET倾向更强的YPet，构建了高...
小GTP酶RhoA参与正常组织中的多种基本过程，其时空调控被认为控制细胞的力学感知、生长和运动，而失调与疾病发生相关。本文报道了一种RhoA-荧光共振能量转移（FRET）生物传感器小鼠的构建及其在多种原生组织中实时监测RhoA活性的应用。作者利用该小鼠评估了骨内骨细胞力学感知和中性粒细胞迁移过程中RhoA活性的变化，并展示了小肠隐窝...
Ras GTPase 的异常激活广泛存在于多种人类癌症中，并参与肿瘤发生、维持及转移等多个环节。尽管靶向 Ras 通路的药物研发受到重视，但用于在活体中检测内源 Ras 活性的传感方法仍十分缺乏。本研究基于拆分萤火虫荧光素酶互补策略，构建了一种单分子生物发光生物传感器 Raf-Fluc，用于在活体对象中成像内源 Ras 活性。该传感...
钙离子是植物生物互作中的关键信号分子，钙信号是植物对微生物诱导物及咀嚼昆虫损伤防御反应的组成部分，但其在活体生物胁迫中的作用仍不清楚。本文描述了一种利用遗传编码钙传感器检测半翅目害虫取食过程中植物钙信号的方法。蚜虫等半翅目昆虫用特化口器刺穿少量细胞，是研究植物面对生物胁迫时钙动态的理想模型，且其作用不同于机械损伤反应。荧光生物传感器...
本文旨在通过合理运用微生物螯合剂的铁结合化学，对铁纳米颗粒表面进行功能化修饰，从而开发一种非毒性纳米生物传感器。作者将同时具有邻苯二酚和羧基官能团的简单铁载体 2,3-二羟基苯甲酰甘氨酸（H3L）锚定到 Fe3O4 纳米颗粒表面，构建了独特的纳米生物传感器 HL-FeNPs。该传感器在生理 pH 的 100% 水相中对 Al3+ 表...
髓系来源抑制细胞（MDSC）可引起副肿瘤性类白血病反应并促进肿瘤转移，但MDSC与肿瘤细胞在活体组织中的相互作用尚未被充分可视化。为此，作者建立了用于观察小鼠肺内转移肿瘤细胞的活体成像方案。为可视化MDSC激活，将表达ERK FRET生物传感器的转基因小鼠骨髓细胞移植入宿主小鼠。在双光子激发显微镜下，发现足垫接种4T1乳腺癌细胞的小...
G蛋白偶联受体（GPCR）激活会触发下游信号通路，其身份不仅取决于细胞遗传背景，还取决于与之相互作用的配体。为区分动物模型中导致治疗效应与不良反应的细胞内信号通路，需要能够在体内测量内源性 GPCR 信号的检测方法。为此，可遗传编码的生物传感器可在体内以细胞类型特异性方式表达，实时报告 GPCR 信号。为行为动物成像而开发的新显微和...
益生菌如乳酸菌（LAB）和枯草芽孢杆菌纳豆变种可调节免疫反应。肠上皮细胞（IECs）是黏膜屏障的第一道防线，其活性影响肠道微环境与免疫，但益生菌如何直接作用于 IECs 的机制长期不明，主要受限于活体动物模型缺乏实时分析系统。作者此前构建了条件性钙离子生物传感器 Yellow Cameleon 3.60（YC3.60）转基因小鼠，并...
遗传编码的荧光蛋白（FP）生物传感器可用于监测活细胞和组织中的细胞事件。由于多数探针最初针对单光子激发设计，其宽双光子激发（2PE）截面和尚未充分理解的漂白特性，使双光子激光扫描显微镜（TPLSM）应用困难。本文提出一种简化FRET型荧光生物传感器在TPLSM中使用的方案。首先利用活细胞中表达的FRET标准蛋白评估并优化TPLSM系...
线粒体是真核细胞能量产生与胞内信号转导的关键细胞器，其功能障碍常伴随并促进人类疾病。超氧化物是线粒体产生的主要活性氧（ROS），但其在体内的实时检测长期存在困难。本文描述了将循环置换黄色荧光蛋白（cpYFP）表征为线粒体超氧化物与 pH 动态生物传感器的方法。体外表征显示，cpYFP 对超氧化物相对于其他 ROS 具有较高选择性，同...
转化生长因子β激活激酶1（TAK1）在细胞死亡、分化和炎症中发挥关键作用。本研究在皮下植入Lewis肺癌3LL细胞并注射多聚肌苷酸:多聚胞苷酸（PolyI:C）的同基因C57BL/6小鼠中，活体成像TAK1的激活。作者首先开发并表征了基于Förster共振能量转移（FRET）的TAK1活性生物传感器Eevee-TAK1。该传感器对放...
胰岛素抵抗是心血管疾病和2型糖尿病发生发展的重要因素，但如何在活体中动态监测胰岛素靶组织中特定细胞类型的胰岛素抵抗仍缺乏有效方法。本文报道一种非侵入、纵向、细胞类型特异性的活体监测技术，以朗格汉斯岛中的胰腺β细胞为例。作者将表达FoxO1-GFP生物传感器的胰腺胰岛移植至小鼠眼前房，利用角膜作为天然光学窗口，通过荧光显微镜在单细胞分...
钙离子（Ca2+）信号是免疫受体（如B细胞抗原受体BCR）介导的典型现象，对其生物学活性至关重要。为同时分析免疫受体信号及其体内动态，作者基于Cre/loxP系统构建了稳定表达FRET型钙离子指示剂黄色变色龙3.60（YC3.60）的转基因小鼠（YC3.60flox）。成功获得在免疫细胞或神经细胞中特异性表达YC3.60的小鼠，以及...
无机磷酸盐（Pi）在代谢、细胞信号和能量转换中具有核心作用，动物体内 Pi 的分配必须与膳食供给及不同细胞代谢需求紧密协调。为全面理解 Pi 转运与回收机制，需要具有空间和时间分辨率的 Pi 动态监测方法。本文展示了一种遗传编码的 FRET 型 Pi 传感器在秀丽隐杆线虫中的应用。该传感器在不同细胞和组织中表达，包括头部神经元、尾部...
多光子显微镜系统的商业化推动了活体显微镜在完整动物细胞生物学研究中的应用，而基于荧光蛋白（FP）的生物传感器可实时监测多种细胞过程。Förster 共振能量转移（FRET）探针是检测细胞事件最灵敏的指标之一，但双光子激发（2PE）与单光子激发的差异使活体 2PE FRET 测量仍具挑战。本文提出一种简化 FRET 生物传感器用于活体...
完全理解G蛋白偶联受体（GPCR）生物学的最后前沿，是在完整生物系统内实时评估GPCR活性、相互作用与信号传导，包括检测受体活性、转运、二聚化、蛋白-蛋白相互作用、第二信使产生及下游信号事件，并具备高空间分辨率和快速动力学读出。基于共振能量转移（RET）的生物传感器在体外和细胞检测中已能实现上述监测，但将其应用于完整动物仍面临困难。...
线粒体是生物能量代谢和活性氧（ROS）信号的核心，在代谢疾病发病中起关键作用。线粒体闪烁（mitoflash）可由生物传感器 mt-cpYFP 可视化，提供与线粒体 ROS 产生和能量代谢相关的频率编码光学读出，并达到单线粒体分辨率。为研究胰岛素抵抗（IR）中代谢应激对 mitoflash 的影响，作者构建了表达 mt-cpYFP ...
优化酪氨酸激酶抑制剂在肿瘤中的疗效仍是重要研究方向。活体成像可作为药物发现工具，用于在活体肿瘤中实时监测药物靶点特异性荧光共振能量转移（FRET）生物传感器，从而深入了解药物在肿瘤内的递送与药效动力学。本文概述了作者近期利用 Src-FRET 生物传感器作为 Src 激酶活性读出指标，评估达沙替尼（dasatinib）不同给药方案下...
环磷酸鸟苷（cGMP）是心血管系统重要信号分子和药物靶点，血管一氧化氮（NO）-cGMP通路激活可引起血管舒张，但cGMP信号在健康、疾病及cGMP升高药物治疗中的时空动态，以及特定心血管细胞类型内的cGMP浓度仍不清楚。为在体内分析cGMP信号，作者构建了表达荧光共振能量转移（FRET）型cGMP传感器蛋白的转基因小鼠，并描述了两...
癌症侵袭与转移发生在复杂三维环境中，并受周围宿主组织与血管的反馈调控。本研究建立了一种新型活体成像方法，用于揭示抗侵袭Src抑制剂dasatinib处理后Src活性的时空调控。作者采用基于荧光寿命成像显微镜–荧光共振能量转移（FLIM-FRET）的Src生物传感器，在p53突变转基因胰腺癌小鼠模型中实时监测药物靶向效力。与传统固定终...