Nature|人类也能光合作用了？！
充分的细胞内合成代谢是参与体内许多病理过程的关键因素。细胞内物质的合成代谢需要消耗足够的细胞内能量并产生还原当量。ATP是细胞生物过程的“能量货币”，而NADPH是为合成代谢提供还原能量的关键电子供体。在病理状态下，细胞内能量和还原物是缺乏的，直接提供外源性ATP对细胞代谢影响不大，而补充外源性NADPH很容易因不受控制导致细胞毒性超氧化物等的产生以及细胞代谢失衡。因此，构建一个可控的、独立的ATP和NADPH自供系统对增强细胞合成代谢具有重要意义。
2022年12月7日浙江大学唐睿康、范顺武和林贤丰共同通讯在Nature(IF:69.504)上发表了题为A plant-derived natural photosynthetic system for improving cell anabolism的研究论文，该研究开发了一种基于纳米类囊体单位(NTUs)的独立和可控的用于改善细胞合成代谢的植物衍生的光合系统，简单来说呢，就是结合纳米材料与植物光合作用的原件应用于哺乳动物身上，使动物能够像植物一样进行“光合作用”产生能量，调节细胞代谢。屏幕前的你，是否曾羡慕植物晒晒太阳喝喝水就能产生能量的光合作用呢？如果能光合作用，你有哪些联想呢？一起留言发散下思维吧~。
CM-NTUs的制备与表征
该系统是由外层的软骨细胞膜（chondrocyte membrane, CM）和内层的纳米类囊体单位（nanothylakoid units, NTUs）组成。GO细胞成分分析显示，CM的蛋白成分主要与细胞膜结构有关，潜在功能与囊泡靶向和膜融合显著相关。NTUs的粒径约为130nm，蛋白质组学分析显示，NTUs在类囊体膜表面保留了光合作用所需的所有蛋白质成分。GO细胞成分分析显示，NTUS中有77个蛋白质与光合膜密切相关，87个蛋白质属于类囊体。GO生物过程分析表明，NTUs组分参与了NADPH再生和ATP代谢过程。
CM-NTUs功能
CM-NTUs增加细胞内ATP及NADPH水平
研究人员利用小鼠从软骨细胞发现，加入CM-NTUs后不进行光照对细胞内ATP水平没有影响。进行光照干预后发现ATP及NADPH水平逐渐增加，并在1~2小时到达峰值，随后进入平稳期。8小时后，ATP和NADPH水平开始降低，到32小时达到非光照组水平。
CM-NTUs促进细胞合成代谢
研究人员发现研究人员在小鼠软骨细胞上用IL-1β构建代谢损伤模型，经CM-NTUs和光照干预发现，细胞外基质（extracellular matrix, ECM）合成相关蛋白显著增加，而降解相关蛋白显著降低。而仅做CM-NTUs处理，未经光照组并没有这些蛋白水平变化。此外，研究人员利用JC-1探针等实验进一步发现，经CM-NTUs处理和光照干预后，软骨细胞中的线粒体相关ROS水平显著降低，线粒体氧化代谢增强，与线粒体生物发生及能量代谢有关的SIRT-1、PGC-1α、TFAM、NRF1和NRF2水平升高。
CM-NTUs重编程细胞代谢
研究人员经过多组学分析发现，CM-NTUs驱动的代谢重编程能够系统地纠正退化软骨细胞中能量（糖酵解、TCA循环和氧化磷酸化）和物质代谢（胶原蛋白和GAG）的不平衡。
CM-NTUs的应用
研究人员研究了关节腔注射CM-NTUs联合光照治疗是否能抑制小鼠前交叉韧带横切（anterior cruciate ligament transection， ACLT）手术导致的骨关节炎的发展。发现，CM-NTUs联合光照治疗在术后8周和12周显著减弱了软骨破坏。与接受其他治疗的膝关节相比，接受CM-NTUs联合光照治疗的膝关节表现出更少的骨关节炎变化。关节切片免疫组化显示CM-NTUs联合光照治疗后Col II和蛋白多聚糖含量增加。经CM-NTUs联合光照治疗的小鼠术后12周软骨下骨板形态改变和骨刺形成减少。此外，定量分析表明，CM-NTUs联合光照治疗抑制了胫骨软骨下骨重建。对各组关节软骨ATP和NADPH浓度的分析表明，NTUs联合光照治疗可增加ATP和NADPH的产生。ACLT手术后，关节软骨中ROS的荧光强度增加，而NTUs联合光照治疗逆转了软骨微环境中ROS的产生。NTUs联合光照治疗降低了诱导型一氧化氮合酶的蛋白质水平，减少了滑膜的肥大和增生，并降低了滑膜衬里细胞层的厚度。此外，NTUs联合光照治疗也能减轻ACLT导致的骨关节炎疼痛。步态分析显示，与假手术组相比，ACLT对照组小鼠右后肢的最大接触和最大强度明显降低，而CM-NTUs联合光照处理的ACLT小鼠则恢复了这种影响。
使用产品
该研究使用了碧云天ATP检测试剂盒。此外，碧云天生产的线粒体膜电位检测试剂盒、NADP+/NADPH检测试剂盒和NAD+/NADH检测试剂盒也是CNS级期刊高被引明星试剂盒哦~
产品信息：
| 产品编号 | 产品名称 | 产品包装 |
| S0026 | ATP检测试剂盒 | 200次 |
| C2006 | 线粒体膜电位检测试剂盒(JC-1) | >100次 |
| C2003S | 增强型线粒体膜电位检测试剂盒(JC-1) | >100次 |
| S0179 | NADP+/NADPH检测试剂盒(WST-8法) | 100次 |
| S0175 | NAD+/NADH检测试剂盒(WST-8法) | 100次 |