跟大家介绍一篇最近发表在 nature communications 上的文章，这篇文章开发了一种新型的荧光探针，该探针可在极性不同的溶剂中表现出不同的荧光特性，作者将该荧光探针应用在了脂肪酸上，观测了脂肪酸代谢物在不同条件下胞内的分布情况。文章通讯作者分别是来自于日本名古屋大学的 Taki 教授、Yamaguchi 教授和德国明斯特大学的 Glorius 教授。

      脂肪酸是细胞中含量仅次于胆固醇的脂类，它在细胞器上的分布对于维持能量平衡、器膜的完整性，以及通过代谢来精确响应环境的刺激，具有重要的功能。

      细胞外的脂肪酸通过细胞膜上的转运蛋白被吸收到细胞内，随即被代谢为各种具有生物活性的质类，比如甘油磷脂、鞘脂、甘油二酯和甘油三酯等，它们作为活细胞最基础的组成单元，也可以通过与蛋白质结合来发挥其功能。越来越多的研究表明，这些不同的脂肪酸的代谢物与一些疾病有着重要的关联性，比如肥胖、糖尿病和癌症。因此，我们需要更加深入地去了解脂肪酸，以及其代谢物在活细胞中是如何被运输的。

      目前，有很多工具可以帮助我们追踪脂肪酸及其代谢物在细胞中是如何被代谢的，比如，使用稳定同位素标记的脂肪酸，结合小分子质谱的方法，已经成为了研究脂肪酸代谢的金标准。基于炔基标记 Click 反应的脂肪酸示踪方法也逐渐成为了分析脂肪酸代谢的替代方法。但是，上述的两种方法都不能够反映脂肪酸及其代谢物在细胞内“时-空”分布的表征。相比之下，结合了荧光基团的脂肪酸使得“时-空”研究脂肪酸成为了可能。以 BODIPY 为代表的一些列脂肪酸荧光探针在生物研究中受到了广泛的应用，但是它对自己所处的环境并不敏感。然而，一种含有 nitrobenzoxadiazole 荧光团的脂肪酸衍生物对其所处的环境敏感，它在水相中表现出很弱的荧光，在非极性的环境中表现出强烈的荧光。

      一个好的脂肪酸荧光探针应该满足如下的三个条件：1. 不干扰代谢过程，比如线粒体的 β-氧化；2. 对于所处极性不同的环境表现出良好的敏感性；3. 不带电，这可以避免探针表现出不同的细胞器偏好性。比如，细胞器膜和脂滴的脂类组成不同，决定了它们极性的不同，因此用对环境极性敏感的探针就可以很好的对二者进行区分，也可以用这种“溶剂致变色的”脂肪酸探针来研究不同环境压力下细胞内脂肪酸及其代谢物极性的时空变化。

      本文作者报道了一种对极性环境敏感的荧光团 3a-azapyren-4-one，当它在非极性环境中时，它更倾向于维持醌型构象，而当它在极性环境中，它更倾向于维持芳香环两性离子构象。把它衍生在脂肪酸的羧基端就变成了脂肪酸荧光探针（AP-C12）。该探针在水相和有机相的最大激发光相差超过 50 nm，因此可以分别用波长为 473 nm 和 559 nm 的激光进行激发，前者激发光能够对更偏水相环境的细胞质里面的脂肪酸衍生物进行成像，而后者能够对非极性环境中的脂滴进行成像，介于极性和非极性之间的膜器，比如线粒体，则呈现出绿色和红色的叠加色—黄色。

      作者用 AP-C12 探针处理 3T3-脂肪细胞 30 分钟，发现细胞内会形成大量的亮红色的液滴，作者推测探针被代谢成了甘油三酯脂滴，作者随后用该代谢过程中的抑制剂，发现可以很好的阻断液滴的形成。最后，作者将该脂肪酸探针应用到了用不同抑制剂（比如细胞自噬的抑制剂 3-MA，阻断细胞自噬过程中细胞自噬体和溶酶体融合的 Baf-A，mTORC1 的抑制剂 Rapamycin 等）处理的 HepG2 细胞，简要研究了细胞内脂肪酸代谢物极性变化与细胞器的关系，发现了肝细胞在饥饿的条件下，降解脂滴里面的甘油三酯很可能是通过脂解作用，而不是通过 lipophagy 脂噬过程。总之，该工具对于我们理解脂肪酸在细胞内代谢的时空特征提供了更多的可能性。

本文作者：Zihua Liu

责任编辑：WXH

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30153-6

文章引用：DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30153-6