2016年6月30日，华东理工大学杨弋教授团队在期刊Nature Protocols以封面文章发表了题为“In vivo monitoring of cellular energy metabolism using SoNar, a highly responsive sensor for NAD+/NADH redox state”的研究论文。该论文利用开发的NAD+/NADH氧化还原高度敏感的荧光蛋白探针SoNar，对活细胞和活体内细胞能量代谢进行检测。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH/NAD+）在细胞能量代谢中起到核心作用，其浓度通常被认为是最重要的代谢状态表征。此外，NAD+还可以作为多种重要调控酶，如单-或多聚-(腺苷二磷酸-核糖)聚合酶或Sirt家族脱酰酶的辅酶。NADH和NAD+不仅参与了多种生物学过程，如能量代谢、氧化还原代谢、生物合成、钙稳态、转录调控和细胞死亡等，还与许多的病理状态，如衰老、糖尿病、癌症和神经系统疾病密切相关。
本研究详细展示了利用高性能遗传编码荧光探针SoNar对活细胞及活体中NAD+/NADH 氧化还原状态进行成像和监测的研究方案。SoNar的嵌合体蛋白构建最初是通过将环状重排的荧光蛋白（cpYFP）插入来自嗜热水生菌（Thermus aquaticus）的Rex蛋白的NADH结合域。NAD+或NADH与SoNar探针结合会引起蛋白构象改变，从而影响其荧光特性。本研究详细描述了建立表达SoNar探针的细胞的步骤，讨论了如何利用该系统来定量研究细胞内氧化还原状态。该过程灵敏、准确、简单，可以实时的报告各种能量代谢途径的轻微扰动。本研究也描述了SoNar在靶向细胞代谢的基于微孔板测试的高通量化合物筛选系统建立中的应用（图1），以及负荷表达SoNar探针的移植瘤小鼠的在体荧光成像方案（图2）。通常情况下，在活细胞和活体小鼠中SoNar荧光成像分别仅需要30分钟和60分钟。基于384孔板的高通量化合物筛选，整个程序通常需要不超过60分钟，即可评估出380种化合物对细胞代谢的影响（图1）。该研究为细胞代谢领域研究人员发现活性化合物和代谢机制解析等提供了有力的支持。
图1 基于SoNar的影响细胞代谢的高通量化合物筛选
图2 小鼠活体NAD+/NADH氧化状态的成像与检测
赵玉政教授本项工作的第一作者。华东理工大学杨弋教授为文章的通讯作者。该研究在国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金等资助下完成。
