基于FTIR光谱与整合组学的SH-SY5Y细胞ATRA诱导分化无标记生物标志物发现

本研究针对SH-SY5Y细胞分化分子机制不明、标记物检测受限的难题，通过傅里叶变换红外(FTIR)微光谱技术结合多组学分析，揭示了ATRA诱导分化过程中蛋白质磷酸化、糖原代谢及脂质物理化学修饰的动态变化，为神经退行性疾病模型开发提供了无偏见的原位检测新策略。

　　

神经科学研究领域长期面临体外模型分子标记物稀缺的挑战。SH-SY5Y细胞作为研究神经退行性疾病的重要工具，其全反式维甲酸(ATRA)诱导分化机制尚存大量未知环节。传统靶向检测方法存在标记干扰、覆盖范围有限等缺陷，迫切需要开发无标记、全局性的分析技术。

为解决这一难题，研究人员在《Talanta》发表的研究中，创新性地将傅里叶变换红外(FTIR)微光谱技术与整合组学策略相结合。通过采集完整细胞的红外光谱特征，结合多变量统计分析，首次实现了对分化过程中生物分子变化的原位监测。研究同步采用生化检测、代谢组学、脂质组学和蛋白质组学技术，构建了光谱特征与分子事件的对应关系。

关键实验技术

1. FTIR微光谱技术直接检测完整细胞振动光谱
2. 多变量统计分析(PCA/PLS-DA)解析光谱差异
3. 磷酸化蛋白质组定量分析
4. 气相色谱-质谱(GC-MS)代谢组学
5. 液相色谱-质谱(LC-MS)脂质组学

研究结果
光谱特征区分细胞状态
FTIR光谱在1800-900 cm^-1
区间成功区分未分化与分化细胞，其中1650 cm^-1
(酰胺I带)和1540 cm^-1
(酰胺II带)的位移反映蛋白质构象变化。

磷酸化调控网络重构
定量蛋白质组学发现14种激酶活性改变，MAPK/ERK通路磷酸化水平显著下调，与糖原合成酶(GS)活性变化呈负相关。

能量代谢重编程
GC-MS检测到三羧酸循环中间体减少40%，而糖原含量增加2.3倍，提示分化伴随能量储存模式转变。

膜脂动态重塑
FTIR的2850 cm^-1
(对称CH₂
伸缩)频移0.8 cm^-1
，LC-MS显示鞘磷脂(SM)占比从12%升至18%，证实膜流动性降低。

结论与意义
该研究建立了FTIR光谱特征与SH-SY5Y分化分子事件的映射关系：1）蛋白质磷酸化网络重构通过GS调控糖原累积；2）膜脂有序化增强可能影响神经突触形成；3）代谢转向糖原储存为分化提供能量缓冲。这种无标记检测策略克服了传统方法的选择偏倚，为神经细胞分化机制研究提供了新范式，特别适用于环境毒物神经毒性评估和药物筛选研究。技术优势在于：①保持细胞原位状态；②单次检测覆盖多类生物分子；③可与高通量筛选平台兼容。研究结果对帕金森病等神经退行性疾病的体外模型优化具有重要指导价值。