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COL封面故事：通过光镊系统研究糖尿病引发心血管疾病的分子机理
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Chinese Optics Letters编辑部
糖尿病是一种威胁人体健康的高血糖代谢性疾病，糖尿病患者的糖代谢异常会引起血液中高密度脂蛋白（HDL，俗称“血管清道夫”）的功能损伤，并导致心血管并发症的产生。其原因可能是apoA-I（HDL的主要成分）的结构被糖化后发生了改变，影响了与细胞膜上受体（ABCA-I）结合，从而导致apoA-I 对胆固醇外运功能的损失。
近期，北京大学叶安培教授课题组通过自主开发的高分辨率光镊系统，在单分子水平原位测量了apoA-I与THP-1活细胞表面受体蛋白分子特异性结合力，为糖尿病引起心血管并发症的产生的分子机理提供了一种可能解释。该研究成果将发表在Chinese Optics Letters 2013年第9期上。
实验中，他们将apoA-I蛋白包被在5 μm的聚苯乙烯小球上，并把它束缚在光镊中作为探针分子，THP-1活细胞固定在样品池中，通过操纵压电样品台与探针分子接触。apoA-I分子与细胞的结合力利用高灵敏四象限光电位置探测器（QPD）测量。设计了三组实验：（1）阳性组（糖尿病人的apoA-I/THP-1细胞作用）；(2)拮抗组（apoA-I/ABCA1抗体封闭后的THP-1细胞作用）；（3）阴性组（未包被apoA-I探针小球/THP-1细胞作用），每组实验均重复数百次。通过对力谱作直方统计分析，从前两组中扣除阴性组（代表非特异性作用及实验误差），对比修正后的阳性和拮抗组力谱直方分布，发现该细胞存在两种与apoA-I结合方式。
研究发现：与正常人类似，糖尿病人的apoA-I与THP-1细胞是通过两个结合位点发生作用，即大部分的apoA-I/HCBS低亲和力作用和少量的apoA-I/ABCA1高亲和力结合。并首次在单分子水平原位测得了这两种结合力，它们分别为26.5±4.9 pN和56.7±4.1 pN，并发现这两种结合的数量比率远小于正常人的值，这表明糖尿病人的第一种结合被部分破坏。该实验结果对于糖尿病引起心血管并发症产生的分子机理研究具有重要意义。
在后续工作中，他们将对正常人的apoA-I与THP-1细胞的相互作用进行实验研究，并与糖尿病人的结果进行对照，找出差异，进一步证实该结论。此外，通过添加入不同的药物，用类似的单分子力谱分析方法探测药物的作用效果，为药物筛选提供依据。
图示说明：一个包被apoA-I蛋白的微米小球被光镊束缚作为探针，粘附在盖玻片上的细胞由压电陶瓷样品台驱动并与探针小球上的分子相互作用，接触几秒钟后细胞被拉离探针，通过四象限位置探测器（QPD）记录探针小球偏离光阱中心的最大距离，即可求出分子间的结合力。
论文链接：Using optical tweezers to investigate the specific single-interaction between apoA-I molecule and ABCA1 on living cells
https://blog.sciencenet.cn/blog-3176-743751.html
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