二十一世紀(jì)的明天，生命科學(xué)研究的相關(guān)技術(shù)早已發(fā)展到了一個相當(dāng)高的層次。生命個體的各類細(xì)微的變化都能被人類“見微知著”，通過不同的技術(shù)手段轉(zhuǎn)化成可偵測、可視、甚至可量化的信息。但是，不論技術(shù)發(fā)展有多么進(jìn)步，人類依然保留著根植于基因中的本性，用自身最精確也最可靠的感知手段來接收信息——眼見為實。自列文虎克發(fā)明顯微鏡以來，人類不斷改進(jìn)工具拓展自身的視野。但數(shù)學(xué)學(xué)定理扼守在人類面前，雖然是阿貝本人也不愿承認(rèn)那看似不可逾越的極限。辛運的是，人類的腦子總能找到方式，在化學(xué)學(xué)的規(guī)矩之內(nèi)找到突破口，完成對自身極限的跨越。2014年諾貝爾物理獎便是頒授給三位為超碼率（Super-）螢光顯微鏡的發(fā)展作出突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家，以嘉獎其為人類跨越光學(xué)衍射極限和顯微鏡碼率極限所作出的努力。
在三位得獎人之外，耶魯學(xué)院華人科學(xué)官屯小威院士同樣在超碼率成像技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域有著重要和突出的貢獻(xiàn)。在2019年8月30日，莊小威院士實驗室在刊物上發(fā)表了題為-isaforRTKin的文章，報導(dǎo)了其借助超碼率成像技術(shù)完成的一項新發(fā)覺。在文章中，作者直接觀察到了細(xì)胞膜受體與細(xì)胞膜下的蛋白骨架結(jié)構(gòu)的互相作用，并驗證了這一互相作用對受體下游訊號通路的調(diào)控機(jī)制。
在之前的研究中，莊小威實驗室早已借助超碼率成像技術(shù)成功辨識了神經(jīng)元細(xì)胞中坐落細(xì)胞膜下的一層由肌動蛋白（Actin）、血影蛋白（）等組裝而成的具有周期性排列的骨架結(jié)構(gòu)（-,MPS）【1,2】。超碼率成像技術(shù)在研究中起到了關(guān)鍵作用，成功得解析了常規(guī)顯微鏡難以辨認(rèn)的細(xì)胞內(nèi)精細(xì)結(jié)構(gòu)（圖1）。在此基礎(chǔ)上，作者在本文中進(jìn)一步發(fā)覺細(xì)胞膜骨架，在超幀率顯微鏡下可以觀察到多種細(xì)胞膜蛋白與MPS成份蛋白的共定位（Co-）。這種膜蛋白中包括G蛋白耦聯(lián)受體CB1和細(xì)胞黏附分子NCAM1，而兩者均已被證明可以間接激活絡(luò)谷氨酸激酶受體（,RTK）的功能。
圖1常規(guī)螢光顯微鏡與超幀率螢光顯微鏡（STORM）成像對比
在蛋白共定位的基礎(chǔ)上，作者發(fā)覺激活CB1和NCAM1可以使得其與MPS成份蛋白的共定位降低，而選擇性抑制MPS則可以抵消激活后者帶來的療效（圖2）。這一實驗證明了CB1和NCAM1的功能很可能決定于它們與MPS的互相作用。以后作者進(jìn)一步證明了CB1和NCAM1對于RTK及其下游Erk訊號通路的激活同樣須要MPS參與。遭到這一啟發(fā)，作者再度使用超幀率成像對RTK受體蛋白以及介導(dǎo)其下游訊號通路的Src蛋白的定位進(jìn)行了觀察，發(fā)覺這種蛋白同樣與MPS以及CB1/NCAM1具有共定位，而且共定位同樣遭到CB1/NCAM1興奮劑和MPS抑制劑的影響（圖2）。由此，作者證明MPS可以募集多種RTK相關(guān)蛋白，并進(jìn)而促使其互相作用細(xì)胞膜骨架，完成RTK受體的激活。
圖2RTK訊號相關(guān)蛋白與MPS的共定位
在觀察到MPS介導(dǎo)的RTK受體激活后，作者進(jìn)一步發(fā)覺受體激活后MPS結(jié)構(gòu)將在一定程度上被降解，而這一降解過程受RTK下游Erk訊號通路正向調(diào)節(jié)。因為MPS降解后其募集的蛋白之間的穩(wěn)定性增加，MPS的降解推動了內(nèi)吞作用介導(dǎo)的RTK受體的回收和下游訊號的減緩。經(jīng)過這一系列過程，細(xì)胞借助MPS對RTK受體相關(guān)蛋白的募集和MPS的降解完成了受體訊號激活——下游訊號通路激活——受體回收——下游訊號通路減緩這一精典的負(fù)反饋支路（圖3）。
圖3MPS介導(dǎo)RTK訊號激活和負(fù)反饋調(diào)節(jié)模式圖
綜上所述，莊小威實驗室借助超幀率成像技術(shù)對膜受體訊號通路及其負(fù)反饋調(diào)節(jié)這一教科書級別的生物過程進(jìn)行了重新“審視”，并發(fā)覺了一條全新的介導(dǎo)這個過程的機(jī)制。借助碼率的優(yōu)勢，研究者得以直接觀察往年未能觀察到的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并通過觀察結(jié)果愈發(fā)直接的提出假定，“捅破”遺傳或生物物理結(jié)果與細(xì)胞生物學(xué)過程間的“窗戶紙”。相信隨著超碼率成像技術(shù)的普及，更多的困局可以被破解，更多的科學(xué)問題可以得到更精確的解答。
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參考文獻(xiàn)
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