《Microchemical Journal》：Toward ultrafast fluorescence-based detection of foodborne estradiol using a GC-globulin-based supramolecular sensor
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•开发了一种基于GC-球蛋白（GCG）的超分子传感器用于雌二醇检测。•在5秒内实现了雌二醇的超快测定。•确认了高信号分辨能力与优异检测稳定性。•在真实食品样品中证明了雌二醇的准确定量能力。引言激素依赖性恶性肿瘤，尤其是男性前列腺癌和女性乳腺癌，以及内分泌紊乱、生殖功能障碍、生
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开发了一种基于GC-球蛋白（GCG）的超分子传感器用于雌二醇检测。
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在5秒内实现了雌二醇的超快测定。
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确认了高信号分辨能力与优异检测稳定性。
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在真实食品样品中证明了雌二醇的准确定量能力。
引言
激素依赖性恶性肿瘤，尤其是男性前列腺癌和女性乳腺癌，以及内分泌紊乱、生殖功能障碍、生育能力下降、月经失调和代谢紊乱，均为过量暴露于雌二醇所引起的主要不良健康后果[1], [2], [3]。这些效应既源于内源性失调，也源于外源性摄入，其根源在于雌二醇强大的雌激素活性和生物累积特性。然而，雌二醇又是一种不可或缺的自然雌激素，在人类和动物中均是一种重要的性激素，当维持于正常生理水平时，对骨骼维护、性分化以及支持健康妊娠发挥着关键的生理作用[4], [5]。雌二醇主要由卵巢和胎盘分泌，肾上腺和外周组织也有部分贡献[6], [7]。除内源性生物合成外，雌二醇还被外源性滥用于畜牧养殖中以提高泌乳效率和产奶量，导致乳制品和其他动物源性食品中存在残留污染[8], [9]。此外，地表水和食品基质中频繁检出雌二醇，凸显了其在环境中的持久性及其沿食物链膳食暴露所带来的风险[10], [11]。鉴于雌二醇在极低浓度下（通常在纳克级）即可引发生物学反应，对其慢性暴露的担忧是合理的[12], [13]。尽管毒理学评估表明，每日摄入量约为5 μg/kg体重时不会产生可观察到的不良反应[14]，但超过此阈值将对人类健康构成重大风险，因此亟需开发快速、可靠且高灵敏度的分析方法用于雌二醇监测，以保障食品安全和公众健康。
针对上述问题，研究者建立了多种用于食品体系中雌二醇定量测定的分析方法，包括液相色谱法、质谱法、电化学法和微流控技术等[15], [16], [17], [18]。如表1所示，尽管这些仪器分析方法具有高精度和良好的分析稳健性，但其广泛推广应用受到诸多限制，包括分析时间较长（通常需要10至20分钟/样品），以及高运行成本、操作流程复杂、依赖精密仪器和专业技术人员等因素。光学传感技术的兴起，可追溯至1867年首篇荧光传感器报告的发表[26]，引入了一种根本不同的分析范式，此后逐步发展成为一种用于检测生物、环境和农业相关分析物的有力工具。与传统仪器分析相比，基于荧光的传感策略，如适配体传感器、分子印迹聚合物和抗体法检测，已展现出包括高灵敏度和低检测限在内的显著优势[2], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [25]。例如，基于适配体的检测方法通常对雌二醇表现出高亲和力和选择性，但其响应可能受限于缓慢的构象重排动力学（通常需要大于20分钟），从而妨碍快速分析（图1a）。其他荧光检测法同样受到缓慢响应动力学的制约，响应时间从数分钟延伸至数小时，同时还面临水相容性和在复杂基质中选择性方面的挑战。总之，这些局限性凸显了当前亟需一种简单、快速且具有现场适用性的策略，以实现食品基质中雌二醇的实时检测。
超分子化学为上述挑战提供了一条有效的解决途径，其利用非共价主客体相互作用的快速性和高特异性来构建用于分子传感的适应性识别支架[27], [28], [29]。在此框架下，指示剂置换分析（IDA）作为一种有效的传感策略应运而生，即分析物引起光活性指示剂从主体骨架中置换出来，从而产生可量化的信号响应（图1a）。IDA平台能够利用分析物与预组装主-指示剂复合物之间的快速竞争性结合，实现通常在数秒内完成的超快信号转导[30], [31]。近年来，基于蛋白质的超分子主体已成为传统大环体系的有效替代方案，因为后者常存在水溶性有限、结构刚性以及难以适配大尺寸或柔性分析物等缺陷[32], [33], [34]。在这方面，我们的近期工作鉴定出GC-球蛋白（GCG）作为一种极具前景的蛋白质主体，其具有优异的水溶性、抗干扰信号转导能力和明确的视觉可检测性[35]。从生化角度来看，维生素D天然存在两种形式，其中维生素D?（胆钙化醇）为动物系统所特有，在人体内通过皮肤中紫外线诱导7-脱氢胆固醇（7-DHC）转化为前维生素D?，随后经热异构化而内源性合成[36]。值得注意的是，7-DHC同时也是胆固醇的生物合成前体，后者随后经历一系列酶介导的转化过程，包括侧链裂解、核修饰和芳构化，最终生成雌二醇[37]，如图1b所示。重要的是，循环结合蛋白如性激素结合球蛋白在内源性条件下天然对雌二醇表现出高亲和力结合，从而调节其在体内的转运、生物利用度和半衰期[38]。鉴于雌二醇与维生素D代谢物在结构相似性和共有的甾体骨架方面的关联，GCG有望成为雌二醇结合的理想识别环境。与其他蛋白质主体相比，GCG具有明确的配体结合口袋、特异性分子识别能力和结构适应性，这些特性共同为选择性雌二醇传感提供了有利平台。分子对接研究（图1c）进一步支持了构建能够利用雌二醇诱导置换并实现快速光信号生成的指示剂@GCG组装体的可行性。
在此，我们证明DNSA@GCG超分子组装体通过IDA机制构成了一个高效且高响应的雌二醇检测传感平台。该蛋白质-指示剂体系能够利用竞争性置换作用驱动快速且高度选择性的信号生成，同时在水相条件下保持强抗干扰能力。据我们所知，本工作是首次报道基于蛋白质主体IDA框架的超快雌二醇传感策略，在数秒内即可实现可靠的分析性能，并展现出在真实水和食品基质中的明确应用价值。
各节摘要
材料与仪器
GC-球蛋白（GCG）、5-(二甲基氨基)-1-萘磺酰胺（丹磺酰胺，DNSA）、离子、糖类及氨基酸均购自Sigma-Aldrich公司，其他化学试剂和溶剂购自Energy Chemical公司。磷酸盐缓冲盐水（PBS，10×，pH 7.4）购自J&K Scientific公司。紫外-可见吸收光谱和荧光光谱分别使用Thermo-Fisher Evolution 220分光光度计和Thermo-Fisher Lumina荧光光度计进行记录。荧光寿命的测量
DNSA@GCG体系的构建
基于其已确立的光物理特性，5-(二甲基氨基)-1-萘磺酰胺（丹磺酰胺，DNSA）被审慎选定为构建DNSA@GCG超分子传感平台所用的荧光基团（图1a），特别着重于其显著的电场敏感性行为，这对本传感器的设计极为有利。丹磺酰基团以其强烈的分子内电荷转移特性而广受认可，由此产生强烈的且
结论
基于文献洞察、我们此前对GCG作为超分子主体的深入探索以及计算分析结果，我们利用极性敏感染料DNSA和互补蛋白质主体GCG开发了一种超分子传感器。该传感器对雌二醇表现出清晰可辨的荧光响应，这得益于其对GCG的高亲和力和稳定复合作用。结构与能量分析证实DNSA@GCG为雌二醇提供了最佳微环境
作者贡献声明（CRediT）
魏晓文：方法学、调查研究、数据整理、概念构思。卢嘉伟：数据整理。Immanuel David Charles：原始草稿撰写。许中永：验证。陈宇：调查研究。张娜：监督指导。王太生：验证、监督指导。王磊：资源支持。刘斌：审阅与编辑、监督指导、项目管理。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
我们感谢国家自然科学基金（22377081）、深圳市科技计划项目（JCYJ20230808105411023）、广东省普通高校重点实验室项目（编号：2023KSYS007）以及韩山师范学院科研启动经费（编号：QD20190626）提供的资金支持。同时感谢深圳大学（西丽校区）仪器分析中心提供的协助。
魏晓文|卢嘉伟|Immanuel David Charles|许中永|陈宇|张娜|王太生|王磊|刘斌
