溶酶体是细胞内最具酸性的细胞器，其腔内pH值约4.6。高度富集的腔内质子环境维持多种酸性水解酶的活性，使溶酶体承担细胞“消化中心”的核心功能；近年来的研究揭示，溶酶体还是细胞信号转导的重要枢纽，参与膜融合与分裂、细胞器运动和膜接触位点形成等关键过程。然而，溶酶体腔内的质子如何向胞质侧传递，并进一步作为信号分子调控这些生理功能，仍是亟待阐明的重要科学问题。

针对这一关键难题，谭蔚泓教授/邱丽萍教授团队与浙江大学徐浩新教授团队展开合作，研究人员开发了一种比率型质子响应核酸纳米探针，并在多种细胞模型中开展系统研究。研究团队首次发现，溶酶体表面存在一层pH低于中性胞质约0.2—0.7个单位的稳定“质子纳米层”，其范围可延伸至溶酶体膜外数至数十纳米。

机制研究进一步揭示，这一“质子纳米层”的形成和维持依赖于溶酶体膜上的质子外流通道TMEM175。敲低TMEM175会导致溶酶体膜表面pH升高、质子纳米层变薄；相反，过表达TMEM175则使膜表面pH进一步降低、质子纳米层加厚。此外，研究还发现该质子纳米层与溶酶体的胞内定位和运动密切相关：靠近细胞核的溶酶体表面pH更低，而分布于细胞边缘的溶酶体表面pH更高。更为重要的是，研究人员通过一系列生化实验鉴定出细胞质中能感知溶酶体逆行运动的质子传感器RILP，并揭示了其潜在的组氨酸感受位点，为理解溶酶体运动的质子信号机制提供了全新线索。

该研究充分体现了化学工具驱动生物学新发现的交叉学科潜力，为探索细胞器表面微环境及其生理功能开辟了全新的研究方向。相关成果2026年1月以“DNA nanodevices detect an acidic nanolayer on the lysosomal surface”为题发表于Nature Cell Biology。湖南大学为论文第一通讯单位；湖南大学化学化工学院2021级博士毕业生张雨彤为第一作者。

本研究得到了国家重点研发计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金、湖南省科技项目、浙江省卫生健康委员会及新基石基金会的资助支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41556-025-01855-y

来源：化学化工学院

编辑：刘嘉欢

责任编辑：余楚倩