成熟的囊泡腔内为酸性pH环境（pH约为5.6）。囊泡胞吐时，囊泡膜与质膜发生融合，腔内pH瞬间切换为偏碱性的细胞外环境（pH约为7.4）。基于此特性，科学家通过氨基酸突变及筛选，最终获得pH敏感型GFP突变体pHluorin，目前已被广泛用于检测突触囊泡、分泌小泡和再循环内体的胞吐作用。然而，由于发生膜融合前，位于质膜附近囊泡内的pHluorin荧光信号弱，限制了其追踪囊泡锚定步骤的应用。此外，现有的红色pH敏感荧光蛋白探针与pHluorin相比，pH敏感性相差甚远。其中，pHuji的性质相对较好，但该蛋白荧光强度低且具有快速的荧光衰减特性，其荧光强度在<2s的连续照明下即降到初始荧光的35%，不适合囊泡分泌检测和动力学跟踪。

 

  中国科学院生物物理研究所研究员徐平勇课题组在Nature Communications上，发表了题为pHmScarlet is a pH-sensitive red fluorescent protein to monitor exocytosis docking ａnd fusion steps的研究文章。该研究开发出一个亮度高、稳定性好、pH敏感性强的红色荧光蛋白探针pHmScarlet。该探针在现有红色荧光蛋白中具有最高的pH敏感性，能检测到更多的分泌事件，并且可同时可视化分泌事件中的囊泡锚定和融合步骤。在用于囊泡分泌事件检测时，pHmScarlet具有与绿色pH敏感荧光蛋白pHluorin媲美的分泌信号。此外，pHmScarlet还具有pHluorin不具备的检测能力。pHmScarlet的pKa值使得其在酸性条件下可检测完整囊泡中的荧光强度，实现对囊泡锚定步骤的追踪和记录。该探针还可以与pHluorin结合，对多个囊泡蛋白进行双色成像（如图（a-c））。此外，尽管pHmScarlet的发射波长与pHluorin相比明显红移，但其空间分辨率足够高，可以使用Hessian结构光照明显微镜（Hessian-SIM）进行超高分辨率成像，解析出囊泡融合孔的环形结构（如图（d-f））。可以预测，该pH敏感红色荧光蛋白探针将在囊泡分泌与运输领域有更广泛的应用。

 

  该研究由中科院生物物理所、北京大学、中科院遗传与发育生物学研究所等合作完成。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项，以及中科院科研仪器设备研制等的支持。