在真核细胞中，膜细胞器并不是作为孤立的实体发挥作用，而是在细胞内形成一个“社会网络”，以协同的方式执行各种生理功能。研究表明细胞器相互作用网络的紊乱和功能障碍可导致阿尔茨海默病、帕金森病等疾病。因此，深入研究细胞器相互作用机制对全面系统地了解疾病的发病机制至关重要。然而，目前由于缺乏时间分辨的分子工具来同时对两个细胞器进行双信号成像，阻碍了研究人员在纳秒时间尺度上阐明细胞器相互作用的调节机制，成为研究细胞命运的瓶颈。
为了解决上述长期存在的重要科学问题，研究团队开发了一种独特的时间分辨策略，成功制备了具有双荧光寿命的小分子探针，利用单一荧光探针响应不同细胞器的膜张力来产生双荧光寿命信号，并利用荧光寿命成像（FLIM imaging）成功实现了在纳秒尺度上对细胞中内质网和自噬体相互作用的双荧光寿命成像。研究团队利用该双荧光寿命探针对内质网与自噬体的关系进行长时间观察，发现：(1)自噬小体驱动内质网小管尖端生长和滑动；（2）栓系在内质网小管尖端上的自噬小体形成一个以自噬小体为中心的三路连接结构。自噬小体在内质网生长尖端的伸长和内质网内局部结构域的重塑中起着重要作用。此外，研究团队还证明了内质网自噬是药物诱导细胞凋亡过程中的一种细胞损伤指标。通过顺铂刺激细胞会在早期阶段促进自噬体的形成，而在后期阶段加速内质网和自噬体的融合，表明密集和连续的自噬可能直接参与细胞凋亡。基于时间分辨策略的荧光寿命相关检测工具的开发提高了对细胞器相互作用调节机制的认识，将促进实现全面了解细胞器相互作用及神经退行性疾病的治疗。
该工作所报道的基于时间分辨策略的双荧光寿命探针，不仅突破了以往多染料复染细胞器存在的信号串扰问题，还克服了多通道切换成像不能同时观察纳秒尺度上的细胞器相互作用的限制，阐明了细胞中内质网和自噬体相互作用的动态变化和调控机制。该项工作可为理解器官、甚至个体水平上的细胞器相互作用提供重要的指导意义，为寻找新的药物靶点开发疾病疗法提供新思路。
相关成果以“利用双荧光寿命探针来验证细胞器相互作用的调节机制”（Harnessing Dual-Fluorescence Lifetime Probes to Validate Regulatory Mechanisms of Organelle Interactions）为题发表于国际著名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》。 该论文的第一单位是广西大学，实验工作主要由该论文的第一作者我校化学化工学院博士研究生赵玉萍完成，我校化学化工学院化学探针与化学生物学团队负责人林伟英教授为第一单位的通讯作者，合作单位是韩国高丽大学的Jong Seung Kim院士团队。
文章链接：Journal of the American Chemical Society, 2022, 144, 20854-20865，https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c08966.
