武汉大学黄卫华JACS:纳米传感器,单细胞溶酶体糖苷酶实时定量检测!

分泌型溶酶体是免疫细胞的关键调控器，其糖苷酶分泌异常会引发免疫失衡、炎症、自身免疫病等疾病。传统检测方法需固定细胞，难以在活细胞状态下实时、定量监测酶分泌动态。

武汉大学黄卫华团队开发杂化纳米线-纳米吸管纳米传感器（HNS），结合人工底物特异性酶解策略，首次实现单个活巨噬细胞中四种关键溶酶体糖苷酶分泌的原位、实时、定量分析，揭示了溶酶体动态补给分泌以维持免疫稳态的新机制。相关工作以“Nanosensor Quantifying Lysosomal Glycosidase Secretion from Single Living Cells”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。

作者设计了一系列Glyco-PAP人工底物，分别靶向α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、α-甘露糖苷酶和β-半乳糖苷酶。这些底物被糖苷酶特异性水解后，可一步释放具有电化学活性的对氨基苯酚（PAP），无需多步酶促转化，避免了内源活性氧（ROS）带来的干扰，显著提升检测准确性与动力学匹配度。传感器采用碳包覆碳化硅纳米线（SiC@C NWs）作为工作电极，具备优异导电性、机械强度与生物相容性，可对PAP实现高灵敏、高选择性安培检测。

团队构建纳米吸管+纳米线一体化杂化传感器：纳米通道精准将人工底物喷射至细胞吞噬杯区域，分泌的糖苷酶原位催化底物生成PAP，由纳米电极实时捕获电流信号。该系统实现高时空分辨率、单细胞、无损、实时定量检测，完整保留细胞生理活性与分泌过程。

以玻璃纳米纤维诱导巨噬细胞“受阻吞噬”为模型，研究证实溶酶体向吞噬杯定向迁移并大量释放糖苷酶。利用HNS在单细胞水平首次准确定量：β-半乳糖苷酶分泌活性最高（61.35 nU），β-葡萄糖苷酶次之（19.53 nU），α-甘露糖苷酶（13.41 nU）与α-葡萄糖苷酶（1.95 nU）较低，与天然免疫细胞溶酶体水解酶谱高度一致。加入特异性糖苷酶抑制剂后，电流信号显著下降，证明检测具有高特异性。

该研究首次实时观测到溶酶体糖苷酶补充分泌现象：初始分泌的酶被底物快速消耗后，细胞在约20分钟内启动新一轮分泌，活性约为初始的20%。活体成像显示，溶酶体从细胞远端向吞噬杯定向迁移、持续补给，揭示巨噬细胞通过动态分泌调控维持长期免疫清除功能，为理解免疫稳态提供了新机制。

与传统双酶偶联检测体系相比，本策略一步转化、无ROS干扰、灵敏度更高、准确性更好，可在复杂胞外微环境中精准识别糖苷酶信号。该工作突破了活细胞实时定量监测溶酶体分泌的技术瓶颈，建立了单细胞电化学检测新范式，可进一步拓展至多种溶酶体水解酶、胞外分泌蛋白的实时监测，为溶酶体功能研究、免疫疾病机制解析、药物筛选与诊疗提供创新工具与方法支撑。

图1.糖苷酶定量监测的示意图。

图2.使用混合纳米传感器对模拟糖苷酶释放进行电化学检测。

Nanosensor Quantifying Lysosomal Glycosidase Secretion from Single Living Cells

Yu-Ting Qi, Ru-Yan Zha, Xiao-Xiao Wang, Rui-Xue Gao, Ying Chen, Si-Yu Tian, Fu-Li Zhang, Xin-Wei Zhang, Wei-Hua Huang*

J. Am. Chem. Soc.

DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.6c04507

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