分享一篇发表在Nature Methods上的文章：Genetically encoded biosensor for monitoring spatiotemporal dynamics of CCR2 ligands in culture and in vivo，通讯作者是来自西湖大学的Kiryl D. Piatkevich研究员，该课题组的研究方向是研发和设计尖端分子和成像技术，用于分析、控制和修复复杂生物系统。

趋化因子（如CCL2等）通过与G蛋白偶联受体（GPCR）CCR2结合，调控免疫细胞在发育、稳态和炎症中的迁移，是免疫系统的关键信号分子。然而，由于现有检测技术（如ELISA、质谱、qPCR）无法实时、动态、高分辨率地追踪体内趋化因子的时空分布，其在活体中的精确释放模式一直未被阐明。

为了解决这一难题，本文作者通过基因工程开发了遗传编码荧光传感器CRAFi-CCR2（Human Chemokine-Receptor Activation-based Fluorescent indicator-CCR2），首次实现了对CCR2配体（尤其是CCL2）在体外和体内的实时、高灵敏度、空间特异性监测，为研究免疫调控、神经炎症及肿瘤微环境提供了强大工具。CRAFi-CCR2传感器设计的原理是以人源CCR2B受体为骨架，在其第三胞内环插入环化绿色荧光蛋白（cpGFP），通过构象变化将配体结合信号转化为荧光信号。在传感器优化方面，作者通过定点突变的方式去筛选效果更好的linker和cpGFP结构域。

然而，由于趋化因子价格太高且目前尚无针对CCR2的小分子激动剂，作者在进行大规模突变体筛选前，为了提高筛选效率并降低成本，将CellSorter设备改造成自动药物输送系统iDrug。该系统可以往96孔板的细胞中添加低至5 μL的配体溶液，并自动记录荧光强度的变化。

使用该系统，作者筛选了~331个突变体，并获得CRAFi-CCR2，其响应mCCL2的荧光增加~300%，在星形胶质细胞中具有纳摩尔级别的亲和力（2.5 nM）。此外，为了进一步改善传感器的膜定位，作者将其与高尔基体输出运输信号（KGC）和内质网输出（ER2）序列融合。通过一系列的性能表征实验，作者证明了CRAFi-CCR2具有较高的特异性，仅响应CCR2配体（如CCL2、CCL7、CCL8等）。另外，作者还证明了CRAFi-CCR2的激活并不会影响下游的信号通路，例如钙动员和受体内化。

在优化好方法后，作者在体外细胞炎症模型中实时监测CCL2释放，它们进行了17-20 小时的实时成像，并且在小鼠大脑中，观察到CCL2 信号响应的空间异质性，强调了免疫系统时空信号传导的复杂性。

综上所述，本文作者开发了一种生物传感器CRAFi-CCR2，首次实现了活细胞以及活体动物中趋化因子动态变化的实时监测。

本文作者：MB

责任编辑：LZ

DOI：10.1038/s41592-025-02742-y

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-025-02742-y