近年來國際上興起的超高分辨率顯微成像技術(shù)，給科學(xué)家們提供了最新的成像手段，使得科學(xué)家們能夠獲取細(xì)菌蚂朽、病毒的更多細(xì)節(jié)，為生物醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展提供了更多支持闭廊。

本文將分享2014年諾貝爾化學(xué)獎STORM超高分辨率顯微成像技術(shù)在腦膜炎球菌感染機(jī)制研究中所取得的一些進(jìn)展。歡迎各位老師交流探討。

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研究介紹

腦膜炎球菌是一種革蘭氏陰性細(xì)菌继阻，在世界范圍內(nèi)引起流行性腦膜炎和敗血癥露筒，作者首先通過單分子追蹤實(shí)驗(yàn)研究CD147在腦膜炎球菌感染時的遷移率呐伞，然后分別使用熒光標(biāo)記的STxB和CTxB亞基研究兩種鞘脂GM1和Gb3在腦膜炎球菌感染過程中的作用，通過結(jié)構(gòu)照明顯微鏡（SIM）和直接隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡（dSTORM）進(jìn)行超分辨率顯微鏡觀察慎式，顯示腦膜炎球菌周圍有GM1聚集伶氢，突出了其對細(xì)菌侵襲的重要意義。

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研究結(jié)果

1. 單分子追蹤揭示了相互作用時CD147受體遷移率的調(diào)節(jié)

在健康個體中瘪吏，腦膜炎球菌可能作為共生生物存在于鼻咽中癣防，而不會影響宿主，在某些情況下，細(xì)菌可以進(jìn)入血液并粘附在血液微血管的內(nèi)皮細(xì)胞上劣砍，導(dǎo)致炎癥過程和血液-腦脊液屏障的破壞惧蛹，嚴(yán)重時可引起敗血癥和進(jìn)行性致命性休克，這是疾病發(fā)展為腦膜炎的關(guān)鍵就肪。

最近弥败，通過直接隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡（dSTORM）進(jìn)行的超分辨率顯微鏡檢查表明，腦膜炎球菌與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合需要CD147/β2-腎上腺素受體聚集在細(xì)菌粘附位點(diǎn)赊设，CD147/β2-腎上腺素受體復(fù)合物在質(zhì)膜中的局部富集可能允許細(xì)菌在體內(nèi)粘附到血管壁并抵抗血流動力學(xué)渣先，由于細(xì)菌粘附位點(diǎn)的受體積累需要在質(zhì)膜中具有高遷移率，作者使用與光穩(wěn)定熒光染料SeTau-647結(jié)合的N端結(jié)合單克隆抗體（MEM-6/1）進(jìn)行CD147的活細(xì)胞單分子追蹤實(shí)驗(yàn)未奋。

圖1. 單克隆抗體對HBMEC上CD147的單分子追蹤

2. 腦膜炎球菌感染時質(zhì)膜鞘脂的重排

鞘糖脂通常是大量病原體的重要宿主細(xì)胞靶點(diǎn)赫淋，腦膜炎球菌菌毛依賴于神經(jīng)節(jié)苷脂的結(jié)合，有兩種研究良好的具有受體功能的鞘糖脂是單唾液酸四己糖基神經(jīng)節(jié)苷脂GM1和球三糖基神經(jīng)酰胺Gb3冻绊，為了研究腦膜炎球菌粘附時脂質(zhì)組織的可能變化期庆，作者分別使用霍亂毒素B（CTxB）和志賀毒素B（STxB）亞單位觀察腦內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)膜中兩種鞘糖脂GM1和Gb3的分布。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示瓷忙，感染腦膜炎球菌后耐陵，Gb3的質(zhì)膜分布保持不變，相反泵网，GM1顯示HBMEC質(zhì)膜上粘附性腦膜炎球菌周圍的熒光強(qiáng)度顯著增加俏蛮，數(shù)據(jù)清楚地證明了神經(jīng)節(jié)苷脂GM1在粘附細(xì)菌周圍的強(qiáng)烈聚集，而未感染的HBMEC顯示GM1在質(zhì)膜中的均勻分布上遥。

圖2. 腦膜炎球菌感染期間腦內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)膜中Gb3的熒光成像（左）搏屑，感染表達(dá)GFP的腦膜炎球菌后HBMEC中GM1的熒光成像（右）

為了排除CTxB和STxB與腦膜炎球菌的非特異性結(jié)合，作者將細(xì)菌接種在不含HBMEC的玻璃上粉楚，通過dSTORM進(jìn)行標(biāo)記和成像辣恋，相應(yīng)的圖像顯示，兩種鞘脂不會非特異性結(jié)合腦膜炎球菌模软。

圖3. 表達(dá)GFP的腦膜炎球菌（綠色）的GM1和Gb3的dSTORM圖像抑党，沒有用Alexa Fluor 647綴合的CTxB或STxB標(biāo)記的HBMEC。

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研究總結(jié)

綜上所述撵摆，鞘糖脂是重要的病原體受體，阻斷GM1可顯著降低感染效率害晦，這意味著質(zhì)膜神經(jīng)節(jié)苷脂對細(xì)菌入侵的重要性特铝。因此，在神經(jīng)節(jié)苷脂存在于與菌毛相互作用的人類上皮細(xì)胞中壹瘟，侵襲效力的提高應(yīng)更加顯著鲫剿，作者認(rèn)為這種機(jī)制可能在從鼻咽到血液中的初始攝取中起重要作用，阻斷這種相互作用可能是避免腦膜炎球菌傳播危及生命的一種有希望的方法，并有助于開發(fā)細(xì)菌清除的治療方法锭鸣。

本文主要借助STORM技術(shù)來標(biāo)記追蹤分子位置關(guān)系灌笙。這項(xiàng)2014年諾貝爾化學(xué)獎的發(fā)現(xiàn)已在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。寧波力顯智能科技有限公司(INVIEW)現(xiàn)已發(fā)布的超高分辨率顯微成像系統(tǒng)iSTORM局限，采用3D隨機(jī)光學(xué)重構(gòu)技術(shù)汗绰、高精度細(xì)胞實(shí)時鎖定技術(shù)、多通道同時成像技術(shù)等棵辟，以納米級觀測精度琴坏、高穩(wěn)定性、廣泛環(huán)境適用渗蚁、快速成像束澄、簡易操作等優(yōu)異特性，獲得了超過50家科研小組和100多位科研人員的高度認(rèn)可尖洞。