荧光生物传感器是借助功能显微镜在活细胞内以高时空分辨率探测分析物动态和酶活性的关键工具。近年来，兼具合成荧光团与遗传编码识别单元优势的混合型或称化学遗传生物传感器迅速发展。合成荧光团具有光谱多样性、高亮度和高光稳定性，而遗传编码识别单元则提供高特异性与敏感性。除提升光学性能外，合成化学还能扩展识别单元本身，使原本难以检测的分析物成为...
基因编码荧光蛋白（FP）生物传感器通过在活细胞中以高时空分辨率实时监测分子活动，彻底改变了细胞生物学研究。多路复用生物传感进一步拓展了这一能力，使多个信号通路可被同时追踪，从而揭示网络相互作用与动态协调。然而，荧光蛋白光谱重叠限制了其更广泛应用。为应对该挑战，研究者发展了多种创新策略：通过扩展FP谱系和新型传感器设计实现光谱分离；利...
单分子荧光技术作为前沿科学工具，正在推动对生物分子过程的理解边界。本综述系统总结单分子荧光检测技术的进展，重点介绍单分子荧光探针、成像系统和生物传感器的最新发展。文章进一步探讨这些工具在药物发现与神经科学研究中的应用，包括复杂药物递送系统的设计与监测、药理机制和药代动力学解析、神经元信号与突触功能研究，以及神经退行性疾病的分子基础。...
细胞周期依赖性激酶（CDKs）通过精确调控底物磷酸化的时间进程驱动细胞周期推进。传统生化方法和磷酸化蛋白质组学虽为 CDK 介导调控提供了重要信息，但依赖细胞群体分析，无法捕捉单个细胞中的实时动态。近年来荧光生物传感器的发展，使研究者以前所未有的时间分辨率和空间分辨率监测活细胞中 CDK 活性。本文系统综述用于测量 CDK 活性的遗...
药物发现领域的进展使生物传感器成为不可或缺的工具，其精确性、灵敏度和实时监测能力尤为突出。本综述首先概述癌症药物发现，强调生物传感器在推进癌症研究中的关键作用，随后重点讨论用于癌症药物发现的荧光与生物发光技术，包括FRET、TR-FRET、BRET、NanoBRET和NanoBiT。这些传感器推动了多项突破，例如通过NanoBiT筛...
葡萄糖代谢机制虽已阐明多年，但糖酵解中间代谢物的亚细胞分布、转运与功能仍存在未解问题，需要在活细胞和体内实现高时空分辨率的代谢监测。遗传编码荧光传感器可在活细胞和动物体内特异性、灵敏且时空分辨地监测代谢物，近年已开发数十种葡萄糖代谢物传感器。本文强调追踪糖酵解特定中间代谢物、测量糖酵解通量、监测其时空动态并定量代谢物丰度的重要性，随...
G蛋白偶联受体（GPCR）是人类基因组编码的最大一类跨膜受体，可响应神经递质、激素、光子等多种胞外刺激。受刺激后，GPCR 激活胞内异三聚体 G 蛋白（Gαβγ），进而将信号传递至效应器并引发细胞反应。由于 GPCR 与 G 蛋白在生理和疾病中的广泛重要性，发展高准确度、适用于相关实验体系的 G 蛋白信号活性测量方法具有重要意义。本...
基因编码荧光生物传感器使活细胞中细胞信号与代谢过程的高时空分辨测量成为可能，已深刻改变相关研究。本文综述了开发新型及增强现有生物传感器的不同策略，重点讨论传感单元与报告单元的设计和优化。作者总结了用于获得结构信息以指导传感器设计的晶体学、小角X射线散射、核磁共振及计算模拟方法，并介绍了基于细菌菌落、细菌裂解液、哺乳动物细胞、微流控和...
T细胞通过T细胞受体（TCR）介导的复杂信号通路调控适应性免疫应答。嵌合抗原受体（CAR）T细胞疗法将TCR功能结构域与特异性抗体结合，用于肿瘤免疫治疗。本文首先概述当前对T细胞信号通路的认识，以及Western blot、流式细胞术和免疫染色等传统方法；但这些方法多依赖细胞固定或裂解，难以在活细胞中解析具有时空分辨率的动态分子事件...
G蛋白偶联受体（GPCR）是已上市药物最常见的靶点，在生理和病理过程中发挥核心作用。除经典 G 蛋白信号转导外，受体构象、β-arrestin 偏向性信号以及来自质膜以外细胞内位置的信号日益受到重视，下游信号还具有严格的时间和空间区室化特征。荧光与生物发光生物传感器在活细胞中解析 GPCR 信号事件方面发挥了关键作用。为理解现有 G...
随着细胞信号研究深入，信号转导并非简单线性级联，而是在膜、细胞器、分子组装和细胞/组织异质性等多个尺度上受到复杂时空调控。荧光生物传感器作为遗传编码、活细胞兼容的工具，可将生化输入转化为光学输出，用于实时监测活细胞内的信号事件。本文首先介绍空间信号调控的研究方法和荧光生物传感器设计原理，包括转位型传感器、单荧光蛋白开关型传感器以及基...
生物传感器是一种紧凑型分析装置，能够实时将生物相互作用事件转换为可测量信号，无需额外实验室设备或复杂样品前处理，即可实现灵敏、低成本分析。对于法医分析而言，生物传感器可支持大规模、高通量、高灵敏度筛查，用于检测具有较高证据价值的目标分子。纳米材料因可增强检测能力和信号效率而受到关注。尽管含纳米材料的生物传感器已在医学领域广泛报道，但...
酶促与细胞信号生物传感器用于解析复杂生物系统的活性。针对G蛋白偶联受体（GPCR）——人体中药物靶点最丰富的蛋白家族——的监测传感器种类繁多，在用途、形式和功能上差异显著，其应用不断拓展了人们对这一重要蛋白家族的理解。本文简要总结该领域中日益重要的一个子集：用于测量受体偶联与选择性的转导器生物传感器，重点介绍用于测量受体与异源三聚体...
多种传染性病毒持续威胁全球公共卫生，其中 SARS-CoV-2 已造成超过六百万人死亡。为快速、可靠地检测病原体，研究者发展了多种生物传感方法。上转换纳米颗粒（UCNPs）具有低自荧光背景、长荧光寿命、窄发射峰、抗光漂白、近红外激发和多色发射等特性，在生物传感器中可显著提高信噪比和检测灵敏度，是病毒检测的有前景候选材料。本综述系统总...
本文是专题编辑文章，介绍基于荧光蛋白（FP）的生物传感器在活细胞中可视化分子动态的研究进展。细胞通过膜受体接收胞外配体、细胞间相互作用和机械信号，并经激酶、磷酸酶、第二信使、小GTP酶和转录因子等通路转导，其时空动态控制分化、迁移、增殖和存活。遗传编码的FP生物传感器可实时监测这些分子事件。文中综述了FRET、BRET、环置换FP（...
G蛋白偶联受体（GPCR）调控广泛生理与病理生理过程，理解其在不同细胞环境中的激活与功能至关重要。GPCR 激活受胞外刺激动态调控，且新证据显示其可在内体等细胞器中发挥亚细胞功能，因此需要高时空分辨率精确监测 GPCR 激活过程。本综述介绍可在活细胞中实时监测 GPCR 激活的遗传编码荧光生物传感器，覆盖胞外配体结合、GPCR 构象...
过去十年，免疫治疗为多种癌症带来新疗法，但肺癌仍是癌症死亡首位原因。携带EGFR突变的非小细胞肺癌患者因毒性问题难以从免疫检查点抑制剂中获益，主要依赖姑息化疗和第三代酪氨酸激酶抑制剂奥希替尼。奥希替尼较第二代TKI延长生存期约9个月，但肿瘤仍会因耐药机制和缺乏抗肿瘤免疫应答而复发。本研究探索奥希替尼联合抗HER3单克隆抗体治疗，发现...
泛素修饰的 tau 聚集体在阿尔茨海默病（AD）及其他 tau 蛋白病的人脑中大量存在。可溶性 tau 寡聚体（TauO）是神经毒性最强的 tau 种类，可传播病理并引起认知缺陷，但泛素化是否参与 tau 形成与扩散尚不完全清楚。本研究观察到，与年龄匹配对照相比，AD 脑中 K63 连接（而非 K48 连接）泛素化 TauO 水平更...
蛋白质修饰尤其是磷酸化受复杂机制调控，使蛋白质获得功能构象，并在外界环境刺激和激素信号过程中调节重要生物学过程。磷酸化蛋白质组学是蛋白质组学中有前景的领域，用于鉴定含磷酸基团的蛋白质及其对蛋白质结构、功能和定位的影响。能够定量检测蛋白质及其翻译后修饰（PTM）的技术极大促进了对蛋白质结构与功能动态的理解。生物传感器系统是一种较新的生...
近年来，植物生物学家为在活体内定量分子与分子事件，开始以遗传编码荧光生物传感器（GEFBs）补充传统报告系统。这类传感器可直接感知分析物，使测量达到单细胞水平并随时间动态追踪。此类数据对数学建模者具有重要价值，因为更准确的测量可指导模型构建与参数化。合成生物学进展加快了传感器开发速度，同时表达光谱兼容的多种传感器现已允许对信号网络中...