近年來(lái)國(guó)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矢妄，使得科學(xué)家們能夠獲取細(xì)菌促军、病毒的更多細(xì)節(jié)遇骑，為生物醫(yī)藥領(lǐng)域的發(fā)展提供了更多支持隅贫。

本文將分享2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)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)展万搔。歡迎各位老師交流探討仰坦。

—

研究介紹

腦膜炎球菌是一種革蘭氏陰性細(xì)菌，在世界范圍內(nèi)引起流行性腦膜炎和敗血癥良瞧，作者首先通過(guò)單分子追蹤實(shí)驗(yàn)研究CD147在腦膜炎球菌感染時(shí)的遷移率陪汽，然后分別使用熒光標(biāo)記的STxB和CTxB亞基研究?jī)煞N鞘脂GM1和Gb3在腦膜炎球菌感染過(guò)程中的作用，通過(guò)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莺褒，顯示腦膜炎球菌周?chē)蠫M1聚集掩缓，突出了其對(duì)細(xì)菌侵襲的重要意義。

—

研究結(jié)果

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

在健康個(gè)體中遵岩，腦膜炎球菌可能作為共生生物存在于鼻咽中，而不會(huì)影響宿主巡通，在某些情況下尘执，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，導(dǎo)致炎癥過(guò)程和血液-腦脊液屏障的破壞宴凉，嚴(yán)重時(shí)可引起敗血癥和進(jìn)行性致命性休克誊锭，這是疾病發(fā)展為腦膜炎的關(guān)鍵表悬。

最近，通過(guò)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市砍，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)俏川，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(dòng)力學(xué)，由于細(xì)菌粘附位點(diǎn)的受體積累需要在質(zhì)膜中具有高遷移率射疤，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)符殊。

圖1. 單克隆抗體對(duì)HBMEC上CD147的單分子追蹤

2. 腦膜炎球菌感染時(shí)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)，腦膜炎球菌菌毛依賴(lài)于神經(jīng)節(jié)苷脂的結(jié)合倾桩，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倘秸，為了研究腦膜炎球菌粘附時(shí)脂質(zhì)組織的可能變化，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的分布眼骗。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示轨皮，感染腦膜炎球菌后，Gb3的質(zhì)膜分布保持不變方秤，相反燎厘，GM1顯示HBMEC質(zhì)膜上粘附性腦膜炎球菌周?chē)臒晒鈴?qiáng)度顯著增加，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?chē)膹?qiáng)烈聚集益锻，而未感染的HBMEC顯示GM1在質(zhì)膜中的均勻分布拆座。

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），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)合冠息，作者將細(xì)菌接種在不含HBMEC的玻璃上挪凑，通過(guò)dSTORM進(jìn)行標(biāo)記和成像，相應(yīng)的圖像顯示逛艰，兩種鞘脂不會(huì)非特異性結(jié)合腦膜炎球菌躏碳。

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

—

研究總結(jié)

綜上所述菇绵，鞘糖脂是重要的病原體受體，阻斷GM1可顯著降低感染效率镇眷，這意味著質(zhì)膜神經(jīng)節(jié)苷脂對(duì)細(xì)菌入侵的重要性咬最。因此，在神經(jīng)節(jié)苷脂存在于與菌毛相互作用的人類(lèi)上皮細(xì)胞中欠动，侵襲效力的提高應(yīng)更加顯著永乌，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具伍，并有助于開(kāi)發(fā)細(xì)菌清除的治療方法翅雏。

本文主要借助STORM技術(shù)來(lái)標(biāo)記追蹤分子位置關(guān)系。這項(xiàng)2014年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的發(fā)現(xiàn)已在國(guó)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咒娶，采用3D隨機(jī)光學(xué)重構(gòu)技術(shù)仍枕、高精度細(xì)胞實(shí)時(shí)鎖定技術(shù)、多通道同時(shí)成像技術(shù)等吗罪，以納米級(jí)觀測(cè)精度尚蔗、高穩(wěn)定性、廣泛環(huán)境適用话贯、快速成像篡搓、簡(jiǎn)易操作等優(yōu)異特性，獲得了超過(guò)50家科研小組和100多位科研人員的高度認(rèn)可严齿。