基于hT1R1纳米传感器的TCA循环关键代谢中间体感知动力学研究及其细胞信号转导机制解析

本研究针对细胞感知胞外营养物质的分子机制及动态调控规律不明的问题，构建了hT1R1受体金纳米传感器与武昌鱼味蕾自组装传感器，系统探究了三羧酸循环（TCA）中间代谢物与hT1R1的动力学互作。通过模拟酶-底物动力学模式提出变构常数（Ka）作为受体敏感度指标，结合吉布斯自由能（ΔG）揭示了hT1R1对谷氨酸的最高敏感性及其氮饥饿信号检测功能，为理解细胞信号放大传递机制及药物靶标预测提供了新方法。

　　

细胞如何感知外界营养物质并协调代谢响应？这个涉及生命基本规律的问题至今未完全阐明。作为G蛋白偶联受体（GPCR）超家族成员，hT1R1受体在味觉、肠道等组织中通过识别含氮分子调控代谢平衡，但其与三羧酸循环（TCA）关键中间体的动态互作机制仍是空白。中国国家自然科学基金资助的研究团队在《Bioorganic Chemistry》发表论文，通过创新性构建双层纳米金受体传感器，首次系统揭示了hT1R1感知代谢节点的分子密码。

研究采用纳米金偶联辣根过氧化物酶（HRP）构建电化学信号放大系统，模拟细胞内信号级联；同时利用武昌鱼味蕾组织（无内源hT1R1表达）开发自组装传感器进行交叉验证。通过电流-时间法测定受体-配体相互作用，结合分子对接与动力学模拟解析关键氨基酸残基作用机制。

Experimental materials and apparatus
研究选用TCA循环8种关键中间体（乙酰辅酶A、α-酮戊二酸等）及氨基酸衍生物，采用氯金酸还原法制备20nm金纳米颗粒，通过Au-S键固定hT1R1胞内域巯基构建传感器。

Determination of the range of response
传感器对柠檬酸、α-酮戊二酸等代谢物呈现显著线性响应（R²

0.98），检测限达10^-12
M。通过变构常数Ka量化受体敏感性，发现Ka与hT1R1对代谢节点化合物的敏感性呈负相关。

Conclusions
研究突破性发现：1）hT1R1对谷氨酸敏感性最高（Ka=3.2×10^-5
M），提示其作为细胞内氮饥饿信号检测器的功能；2）配体结合口袋中Lys/Arg通过氢键稳定配体，Ka值直接反映配体诱导hT1R1构象转变效率；3）双传感器Ka值相关系数达0.98，证实纳米传感器精准模拟细胞信号放大效应。

该研究开创性整合电化学传感与计算模拟，不仅阐明hT1R1通过"氮感知-代谢调控"双功能识别TCA中间体的新机制，更建立了一套评估代谢物膜转运效率的方法体系。对于解析细胞碳氮平衡调控网络、开发代谢性疾病靶向药物具有重要指导价值，特别是为GPCR受体动态构象变化研究提供了可量化的新范式。