儿茶酚胺类物质，包括多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素等，是人体重要的神经递质和激素，在情绪认知、心血管活动及应激反应等生理过程中发挥关键调控作用。儿茶酚胺由苯丙氨酸经多步酶催化反应生成，其合成异常与帕金森病、多巴反应性肌张力障碍、抑郁症、精神分裂症以及多种遗传代谢疾病密切相关。因此，动态监测其生物合成过程，对理解代谢调控机制以及疾病发生发展规律具有重要意义。然而，传统质谱、色谱和免疫分析等方法通常难以兼顾高灵敏度、高时间分辨率和多组分动态分析，而现有纳米孔传感研究也大多局限于单一或少数结构相近分子的识别，如何利用统一的单分子检测平台追踪完整酶促代谢通路仍面临挑战。

在国家自然科学基金委、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学所活体分析化学实验室吴海臣课题组长期致力于基于纳米孔技术的生物标志物检测研究，取得了系列研究进展（Nat. Nanotechnol. 2025, 20, 1079–1086；Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61，e202200866；Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14929 –14934）。最近，吴海臣团队和合作者构建了从苯丙氨酸（Phe）经酪氨酸（Tyr）、左旋多巴（l-DOPA）、多巴胺（DA）、去甲肾上腺素（NE）到肾上腺素（Epi）的完整体外酶促代谢体系，并发展了基于MspA蛋白纳米孔的双模式单分子检测策略。研究人员将两种正交分子识别机制集成于同一纳米孔平台：利用苯硼酸修饰纳米孔识别l-DOPA及儿茶酚胺，同时设计含联吡啶基团的多肽探针实现对Phe和Tyr的检测，从而在统一平台上区分并动态监测代谢通路中的六种底物。 基于该平台，研究进一步实现了完整代谢级联的时间分辨追踪，发现Tyr向l-DOPA的转化是通路中的关键限速步骤。 此外，通过模拟DEHAL1缺陷导致的单碘酪氨酸（MIT）积累，研究发现MIT可显著抑制酪氨酸羟化酶活性并阻断下游儿茶酚胺合成，为DEHAL1缺陷相关儿茶酚胺代谢异常提供了可能的机制解释。上述研究将纳米孔检测由传统的单一分析物识别拓展至复杂酶促代谢网络的动态解析，为神经递质代谢调控、代谢性疾病机制研究以及药物作用评价提供了新的单分子研究工具。

相关研究成果发表于Nature Nanotechnology期刊上（Nature Nanotechnology, 2026, DOI: 10.1038/s41565-026-02273-3），文章第一作者为博士生张鸣谦，通讯作者为吴海臣研究员和西华大学刘蕾教授。研究工作由中国科学院化学研究所、西华大学、中国人民警察大学等单位合作完成。

纳米孔技术用于苯丙氨酸代谢通路的监测

活体分析化学实验室

2026年9月7日