细胞微环境中存在大量酶、细胞因子等可溶性生物分子,它们在控制许多复杂的细胞行为方面起至关重要的作用,如细胞间信息交流和物质交换、细胞免疫、细胞粘附、细胞极性、细胞迁移和细胞分化等。这些生物分子表达水平的异常变化将导致微环境功能障碍、细胞病理变化、甚至机体功能异常,如正常细胞癌变、Ⅰ型糖尿病、胱氨酸尿症、心血管疾病等。因此,开发原位监测天然细胞环境中这些生物分子活性的技术是非常有必要的。目前,相关研究表明将脂质或者多肽等具备膜锚定功能的元件与感应元件结合在一起的细胞表面传感器可有效监测细胞环境中的生物分子。在之前的研究中,我们发现插膜肽（MIP）相比于疏水性脂肪链,是一种新型的能将蛋白等大分子引入细胞膜表面的有效工具。然而,遗憾的是这些锚定细胞膜的元件无法对不同细胞来源的细胞膜进行区分,在细胞膜工程、疾病诊断和治疗过程中,无法避免对正常细胞造成的损害。在本文中,我们基于MIP锚定细胞膜的机制,将MIP设计为酶激活的膜插入探针（ea MIPs）,可以在局部环境中原位追踪目标酶的活性。每个ea MIP中MIP基序的膜插入能力通过添加一个化学部分来封闭,该化学部分能够干扰MIP基序的结构或中和MIP基序中的正电荷。此外,基于转移酶NMT能够催化底物肽肉豆蔻酰化,我们开展了酶介导脂质锚定细胞膜的研究。具体工作如下:1.MMP 2激活ea M IP 1锚定细胞膜的探究。以MMP 2作为触发酶的研究模型,在MIP的C末端引入了MMP2的底物序列和带负电荷的氨基酸,得到了酶可激活的探针ea MIP1。接着我们对ea MIP1是否对MMP2表达量不同的细胞具有选择性锚定的效果进行了探究,并且阐述了ea MIP1能够选择性地锚定不同细胞来源的细胞膜是由于尾部的负电荷减弱了多肽与细胞膜之间的静电相互作用。而MMP2切割ea MIP1使之发生电荷反转并且锚定细胞膜的功能恢复。由此确定了可以通过中和正电荷来调节多肽锚定细胞膜的效果,且多肽的上膜能力与细胞表面酶的表达量相关。2.A LP去磷酸化触发多肽锚定细胞膜的研究。以A LP作为触发酶的研究模型设计了ea MIP2,即磷酸化MIP序列中第11位的丝氨酸。接着我们对ea M IP 2是否对A LP表达量不同的细胞具有选择性锚定的效果进行了探究,并且探索了ea MIP2能够选择性地锚定不同细胞来源的细胞膜的原因。结果表明磷酸化丝氨酸阻碍多肽α螺旋形成,从而削弱其锚定细胞膜的能力。多肽重新恢复插膜能力与ALP表达水平正相关。最后,通过细胞之间呈现的不同的荧光信号模式实现了细胞区分,这为临床诊断、生化研究和膜工程提供了一种替代工具。3.NMT介导脂质锚定细胞膜的研究。基于NMT催化的肉豆蔻酰化产物具有C14饱和脂肪酸的疏水尾巴,与细胞膜的磷脂双分子层之间具有较强的疏水相互作用的特性,我们利用课题组构建的p ET28-NMT重组质粒,在体外成功地表达了具备催化活性的NMT蛋白,并证实了NMT介导脂质锚定细胞膜的可能性。通过对底物肽的多样化设计和合成,为后续构建传感平台用于微环境中不同靶标的检测与分析奠定了基础。