近日，化学化工学院教师谷慧教授发现应激颗粒与囊泡相互作用机制。该研究成果以“Two-Nanosensor Electrochemical Profiling of Catecholamine Vesicle Interactions With Acute and Chronic Stress Granules in Living Cells”为题发表在国际顶级期刊《Angewandte Chemie》上，该期刊为化学领域的经典Top期刊（影响因子：16.9）。该研究工作主要由谷慧教授（第一作者兼通讯作者）和哥德堡大学合作导师Andrew Ewing（通讯作者）共同完成，湖南科技大学为第一单位。

应激颗粒（SGs）是细胞应对外界应激时形成的无膜RNA-蛋白质动态凝聚体，既是细胞的适应性防御结构，也与肌萎缩侧索硬化症、阿尔茨海默病等多种神经退行性疾病密切相关——其可促进TDP-43、Tau等错误折叠蛋白的聚集。此前研究已发现，应激颗粒具有固有氧化还原特性，可通过非酶促方式产生活性氧，且能在体外诱导儿茶酚胺囊泡发生同型融合，提示二者存在氧化还原驱动的交叉调控。但活细胞内，应激颗粒的活性氧与囊泡的儿茶酚胺均具有电化学活性，信号易重叠，难以实现精准区分检测，且急性、慢性应激颗粒对囊泡的胞内调控效应及分子机制，以及应激颗粒老化与神经退行性病变的关联，均缺乏直接的实验证据，成为该领域的研究瓶颈。

为突破这一技术难题，研究团队利用应激颗粒与儿茶酚胺囊泡的物理化学性质差异，设计出两款具有不同氧化还原特性和工作电位的电化学纳米传感器（图1）。碳纳米尖端的传感器1在+700 mV电位下可选择性检测囊泡中的儿茶酚胺，经铂化修饰的传感器2在+300 mV低电位下能特异性检测应激颗粒释放的活性氧，且两款传感器检测信号相互独立、无交叉干扰，可分别精准定量二者的分子含量及释放动力学特征。

研究团队因嗜铬细胞抗氧化酶会抑制应激颗粒形成，最终选用PC12细胞构建应激颗粒模型，通过不同应激处理成功诱导出急性、慢性两种表型的应激颗粒（图2）：100 μM亚砷酸盐处理1小时形成的急性应激颗粒，具备形成快、移除应激源后快速解聚的特征；100 μM顺铂处理24小时形成的慢性应激颗粒，存在时间久、尺寸更小、结构更致密，且两种颗粒均可通过G3BP1免疫荧光染色清晰可视化。

借助搭建的双纳米传感器平台，研究团队开展活细胞内定量检测分析。利用传感器1进行细胞内囊泡撞击电化学细胞术检测发现（图3），含慢性应激颗粒的PC12细胞中，单个囊泡的儿茶酚胺含量显著高于对照组，释放动力学也明显减慢，而急性应激颗粒对囊泡儿茶酚胺储存无明显影响，证实慢性应激颗粒可促进囊泡融合、增加神经递质储存容量。

研究团队再通过传感器2开展细胞内应激颗粒撞击电化学细胞术检测（图4），发现对照组细胞仅见微弱背景信号，急性、慢性应激颗粒组均能检测到活性氧特征电流尖峰，且慢性应激颗粒的活性氧含量显著更高、释放动力学更慢，呈现出结构致密稳定的老化特征，这一特征也限制了活性氧向传感器界面的转运，是应激颗粒老化的典型标志。

该研究首次在活细胞中证实了应激颗粒老化的氧化还原驱动机制，明确了急、慢性应激颗粒的功能差异，成功揭示了“应激颗粒老化-氧化还原失衡-囊泡功能障碍-神经退行性病变”的分子通路，极大丰富了神经退行性疾病的病理机制研究，同时为活细胞内氧化还原调控的细胞器相互作用研究提供了全新的电化学检测工具。

本研究得到欧盟地平线计划“玛丽・居里”人才计划项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/ange.202525900

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