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引言：滴血检测一直是生物医学和医疗产业角逐的热点。而血液中代谢物的浓度变化可以反映出许多疾病的状况与药物疗效，但以前只能在实验室专业设备上才能进行，而且相当耗时。现在科学家研发出一种血液代谢物检测简易试纸，利用半合成发光传感器蛋白来检测血液代谢物的浓度，患者可以自行实时监测， 而且15分钟内就可完成，这将极大便利许多疾病的预防与诊治。

撰文 | 何东明

责编 | 陈晓雪

简便实时血液代谢物检测技术的利与困

对于人类来说，小小的一滴血若能检测出是否患苯丙酮尿症，癌症等疾病，简直再好不过了。研究发现，血液流遍全身，可成为检测身体状态的有力指标。血液中代谢物浓度在病理或创伤时会发生较大的变化，例如苯丙酮尿症（PKU）中的苯丙氨酸（PA），缺血性中风期间的谷氨酸。因此，血液中的代谢物浓度可用以监测许多重要疾病。

不过，苯丙氨酸等疾病相关代谢物的血液检测，目前只能在专业的实验设备上进行，比如医院/研究所才有的液相色相质谱仪（LC-MS），不能即时检测又相当贵。因此，研发类似血糖试纸的简易产品，方便许多疾病的实时监测与诊断，是科学家们一直以来努力的方向。

现在，来自德国马普研究所的科学家在这目标上迈出了实质性的一大步。Kai  Johnsson和同事最近研发出了一种简易试纸，患者可在家自行检测苯丙酮尿症、缺血性中风、半乳糖血症等疾病相应的代谢物浓度，有望实现对许多疾病的便利的实时监测。这一工作于9月14日刊发于《科学》（Science）杂志。

如展示视频所示，只需简单几步：

1.手指上刺一小下挤出一小滴血0.5ul就可  2.加入5ul反应液并混匀，孵育10分钟  3.取0.5ul 混合液滴在试纸一个孔上(一般会滴3个孔)  4. 放置在纸盒上的普通摄像机拍照分析

检测过程示意图

领导这一研究的Johnsson博士，研究领域覆盖化学生物学和化学工程学。此前，他们团队开发了一种可用以监测血液中许多不同药物浓度的荧光传感器蛋白，并且廉价简便。在此基础上，他们构建出一种可检测烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphorylate NADPH）浓度的传感器。传感器由三部分组成：受体蛋白，荧光素酶，配体，其中受体对配体结合具有显著NADPH浓度依赖性。

该产品基于代谢物可被辅因子NADPH+所氧化生成NADPH。目标代谢物浓度越高，生成NADPH越多，受体与配体结合就会加强，使得生物荧光共振能量转移（bioluminescence resonance energy transfer，BRET）BRET效应也增强。这样NADPH浓度就可由荧光素酶反应生成的荧光和荧光团的发射强度的比率来定量给出，而比率可通过分析数码相机所拍照片得到，也就是简单的分析蓝色/红色荧光强度的比值。如视频显示的，正常人血液PA浓度检测结果显示是蓝色，患者异常的高浓度为红色。

传感器构建原理

牛刀小试，可实时监测苯丙酮尿症患者的血液

苯丙酮尿症（PKU）是一种常见的氨基酸代谢病，患者体内苯丙氨酸（PA）及其酮酸蓄积，导致智力低下、精神神经症状等临床病症。不过若能及早诊断和治疗，可避免上述危害的发生。新产品测试了40个患者血浆中的苯丙氨酸浓度，都显示出与LC-MS结果高度接近，且具有很好重复性。对从四名不同PKU患者中获得的新鲜静脉血样进行检测，也显示出与基于MS-MS的干血斑测量具有相近的结果。

新方法通过比率分析得出检测结果，能显著消除了背景噪音干扰。将传感器与反应缓冲液一起冻干在试纸上，使之进一步简化。还可将智能手机用作测试分析用相机，以便于未来的实时监测应用。不过，须牢记内源性或外源性物质的潜在干扰。例如，接受抗生素TMP的PKU患者将无法使用，因为TMP直接与传感器结合。

除苯丙氨酸外，原则上任何能被NAD（P）+氧化的临床重要代谢物都可以用新产品进行分析，谷氨酸，乳糖，亮氨酸等以进行疾病实时监测。对新生儿PKU筛查应用加以验证，同一试纸上分析了96个不同样品，一次性拍摄分析得出结果，显示出新产品很好的可扩展性。

滴血检测是人类追逐的梦想，也一直是医药产业巨头抢夺的大蛋糕。但这个滴血检测代谢物试纸究竟能否真正商业化，能否实现很大的社会价值，还有待观察。

参考文献

1. Yu QLY. et al , Semisynthetic sensor proteins enable metabolic assays at the point of care. Science,361,1122-1126 (2018)

2. Griss R. et al , Bioluminescent sensor proteins for point-of-care therapeutic drug monitoring. Nature Chemical Biology volume10, pages598–603 (2014)