用于分析SIRT1蛋白大分子在运动过程中调节骨骼肌质量作用的电化学传感器：细胞代谢的分子机制

《Microchemical Journal》：Electrochemical sensor to analyze the role of SIRT1 protein macromolecule in regulating skeletal muscle mass during exercise: Molecular mechanism of cell metabolism

SIRT1在运动代谢调节中的分子机制及电化学传感检测研究进展。通过分析传统检测方法的局限性，提出电化学传感器在实时、高灵敏度检测SIRT1及代谢相关标志物（NAD+/NADH、乳酸等）中的应用潜力，并总结纳米材料增强电极、柔性微流控平台等创新技术如何突破传统检测瓶颈，为精准运动医学提供技术支撑。

　　

梁桥琴

贵州民族大学体育与健康学院，中国贵州贵阳市550025

摘要

SIRT1作为一种NAD⁺依赖的去乙酰化酶，参与调节能量代谢、氧化应激和肌肉稳态，是评估运动效果和肌肉健康的重要分子标志物。然而，传统的检测方法（如Western blot和ELISA）存在操作复杂、通量低以及难以进行动态监测等局限性，这限制了它们在临床和运动医学中的应用。因此，本文系统探讨了电化学传感器在SIRT1及相关生物标志物医学检测中的应用潜力。电化学传感技术具有高灵敏度、快速响应、微型化和低成本等优点，能够实现SIRT1蛋白及其上下游代谢物（如NAD⁺/NADH、乳酸、炎症因子等）的实时、无标记或微创检测。目前的研究开发了多种传感策略，包括基于抗体或适配体识别的阻抗/A型免疫传感器、使用纳米材料改进信号的修饰电极，以及集成多参数检测的柔性微流控平台。这些技术不仅能够将SIRT1的检测灵敏度提高到皮摩尔水平，还能同时获取能量代谢状态、氧化应激水平和炎症反应等多维信息，为分析SIRT1介导的分子网络提供动态和定量数据支持。在运动干预的背景下，可穿戴电化学传感器已经可以实现汗液或间质液中相关生物标志物的现场监测，而植入式BioFET设备有望实现SIRT1浓度的连续体内追踪。

引言

现代社会生活方式的显著变化导致肥胖和糖尿病等代谢性疾病发病率大幅增加。作为重要的代谢器官，骨骼肌的质量与身体的代谢状态和整体健康水平密切相关[1]。高质量的骨骼肌可以提高基础代谢率，促进脂肪氧化，增强胰岛素敏感性，并降低代谢性疾病的风险。去乙酰化酶SIRT1因其在细胞代谢和运动适应中的核心作用而受到广泛关注[2]。运动期间，SIRT1的活性显著增强，调节骨骼肌代谢，提高肌肉耐力和力量，成为调控骨骼肌功能和代谢的重要靶点。

研究表明，运动刺激显著增加细胞内NAD⁺水平，激活SIRT1，促进线粒体生物合成，增强肌肉氧化代谢，维持能量平衡和整体健康[3]。SIRT1还通过去乙酰化作用调节mTOR通路和FoxO转录因子，平衡肌肉蛋白质的合成与降解，影响肌肉生长和再生。深入研究运动调节下SIRT1对骨骼肌质量的影响及其分子机制，有助于理解肌肉的适应性变化，并开发预防和控制代谢性疾病的新方法[4]。基于对SIRT1及其与运动相互作用网络的深入理解，为运动干预提供了实际指导，帮助个人通过运动改善生活质量并保持健康。这项研究为运动医学和健康管理领域提供了重要的理论基础和实践参考，促进了公共健康水平的提升。

在蛋白质标志物的实时无标记检测领域，电化学传感平台通过将生物识别事件转化为可量化的电信号，实现了对低丰度蛋白质分子的精确监测。SIRT1作为关键的NAD⁺依赖去乙酰化酶，其表达水平直接反映了细胞代谢稳态和应激反应的能力，是评估运动干预效果和肌肉健康状况的重要分子指标。传统的检测方法（如Western blot或ELISA）虽然具有特异性，但操作繁琐、耗时较长且需要大量样本，难以满足动态监测的需求。相比之下，基于抗体固定、适配体识别或分子印迹技术构建的电化学免疫传感器可以在复杂的生物样本（如血清、肌肉组织裂解物）中实现SIRT1蛋白的原位定量分析。例如，通过使用金纳米粒子包覆的电极增强电子转移效率，并结合特异性抗SIRT1抗体，检测限可显著提高到皮摩尔水平；而基于场效应晶体管（FET）原理的电化学传感器可以通过表面电荷变化直接反映SIRT1与底物或调控分子之间的动态相互作用。因此，将电化学传感技术应用于SIRT1相关研究不仅提高了检测通量和时空分辨率，还为揭示运动诱导的SIRT1动态调控网络提供了可靠的技术支持，推动了精准运动医学和个性化健康管理的发展。

相关研究

近年来，电化学传感器在医学检测领域取得了显著进展。这些传感器将生物识别事件转化为可测量的电信号，实现了对各种疾病相关生物标志物的高灵敏度、快速和低成本检测。研究重点在于提高检测性能、扩展应用范围并促进临床转化，特别是在蛋白质、代谢物、核酸等关键分析物的检测方面。

SIRT1的结构与功能

在细胞代谢研究层面，电化学传感器为实时追踪SIRT1活性及其下游代谢途径的动态提供了独特视角。SIRT1的功能高度依赖于细胞内NAD⁺/NADH的比例，而这一氧化还原对本身是电化学检测的理想目标。通过构建NAD⁺特异性识别界面（如使用烟酰胺单核苷酸腺苷转移酶固定的电极），可以实现...

SIRT1的表达

在评估运动干预效果时，电化学传感器逐渐成为连接分子机制与表型输出的关键桥梁。尽管传统的终点方法（如组织切片和生化指标）可以反映干预后的累积效应，但难以捕捉运动过程中SIRT1表达或活性的瞬时变化模式。然而，可穿戴传感器的开发...

结论

电化学传感器技术的不断创新为SIRT1相关研究提供了多层次的检测范式，从分子识别到系统集成。其核心价值在于将复杂的生化事件转化为可量化和可传输的电信号，从而突破了传统检测方法在时间分辨率、空间定位和临床应用方面的瓶颈。未来，随着...

CRediT作者贡献声明

梁桥琴：撰写——原始草稿，正式分析。

资助

得到以下项目的支持：（1）2025年贵州省基础研究计划（自然科学）一般项目“间歇运动通过IGF-1/IGF-1R发挥心肌保护作用：潜在机制研究”（项目编号：Qiankehe Jichu MS[2025]212）；（2）贵州民族大学自然科学基金项目“探索间歇运动通过调节IGF-1表达和减轻氧化应激来保护心肌免受梗死的潜在机制”

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。