南京邮电大学《自然·通讯》:ACTIVITY技术,通过放大细胞外囊泡代谢谱实现炎症精准诊断
细胞外囊泡作为细胞分泌的纳米级囊泡，携带蛋白质、核酸和代谢物等多种分子信息，已成为液体活检领域极具潜力的生物标志物。然而，目前对细胞外囊泡的研究多集中于其携带的核酸或蛋白质，而对其内在的代谢活性及其在疾病诊断中的应用价值探索甚少。巨噬细胞在炎症反应中扮演关键角色，其极化状态与诱导型一氧化氮合酶的代谢活性密切相关。开发能够直接检测细胞外囊泡代谢活性的方法，有望为炎症性疾病提供全新的无创诊断策略。为解决这一难题，南京邮电大学丁显光教授团队开发了一种名为ACTIVITY的级联催化信号放大技术，用于检测巨噬细胞来源细胞外囊泡中iNOS的代谢活性。该技术巧妙整合了细胞外囊泡自身的生物催化与纳米材料的电催化：细胞外囊泡内的iNOS将底物L-精氨酸催化转化为一氧化氮，随后一氧化氮在富含硫缺陷的二硫化钨量子点修饰电极上发生电催化氧化，产生放大的电流信号。通过缺陷工程调控，研究者发现高缺陷密度的WS₂ QDs对一氧化氮的电催化氧化性能最优，检测灵敏度可达纳摩尔级别。该技术直接测定细胞外囊泡的代谢功能而非单纯的蛋白质含量，规避了传统ELISA方法中因抗体捕获效率、蛋白质折叠状态等导致的信号失真。在巨噬细胞极化模型中，细胞外囊泡的iNOS代谢活性与细胞CD86/CD206比值高度相关（r=0.9865），且iNOS基因敲除后信号完全消失，验证了该方法的特异性。相关内容以Amplifying metabolic profiling of extracellular vesicle dynamics with ACTIVITY为题，发表在Nature Communications上。图1 展示了ACTIVITY技术的设计理念。巨噬细胞在不同极化状态下分泌具有不同代谢活性的细胞外囊泡，其中M1型巨噬细胞来源的细胞外囊泡富含具有活性的iNOS，可将L-精氨酸转化为一氧化氮。通过级联催化放大，这一代谢信号可被用于区分健康与炎症状态。图2 展示了WS₂ QDs的制备与缺陷调控。通过一锅法合成并利用H₂O₂可控刻蚀，获得不同缺陷密度的WS₂ QDs。TEM显示粒径约4 nm，分布均匀。Raman与XPS证实缺陷密度梯度成功构建。电化学测试表明，高缺陷WS₂ QDs对一氧化氮的催化氧化性能最优，检测限达纳摩尔级别，且对L-精氨酸、亚硝酸盐、葡萄糖等干扰物无响应。图3 验证了ACTIVITY方法对细胞外囊泡iNOS代谢活性的检测性能。免疫印迹证实巨噬细胞来源细胞外囊泡携带iNOS蛋白，且iNOS主要位于囊泡腔内，裂解后方可检测活性。ACTIVITY检测灵敏度达~10³细胞外囊泡，较ELISA（~10⁶）提高三个数量级。在LPS诱导的巨噬细胞极化模型中，细胞外囊泡iNOS代谢活性与细胞极化程度高度相关（r=0.9865），且iNOS基因敲除后信号消失，证实了方法的特异性。图4 展示了ACTIVITY技术在肺炎临床诊断中的应用。在32例肺炎患者与18例健康对照的肺泡灌洗液样本中，ACTIVITY方法检测的细胞外囊泡iNOS代谢活性在患者组显著升高，受试者工作特征曲线下面积达0.97，优于传统ELISA（0.67）与血清C反应蛋白（0.91）。在4例患者的治疗前后监测中，ACTIVITY信号与临床治疗响应趋势一致，提示该技术可用于疗效评估。本研究首次提出将细胞外囊泡的代谢活性作为独立的功能性生物标志物，并开发了ACTIVITY级联催化放大技术，实现了对巨噬细胞来源细胞外囊泡iNOS代谢活性的高灵敏检测。该方法通过整合细胞外囊泡自身生物催化与缺陷WS₂ QDs电催化，检测灵敏度较传统ELISA提高三个数量级，并在巨噬细胞极化模型与肺炎临床样本中验证了其诊断效能。ACTIVITY技术为炎症性疾病的液体活检提供了全新范式，也为细胞外囊泡功能分析的临床转化开辟了新方向。
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https://www.nature.com/articles/s41467-026-71030-w来源：BioMed科技声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
