近年来国际上兴起的超高分辨率显微成像技术，给科学家们提供了最新的成像手段，使得科学家们能够获取细菌、病毒的更多细节，为生物医药领域的发展提供了更多支持。
本文将分享2014年诺贝尔化学奖STORM超高分辨率显微成像技术在脑膜炎球菌感染机制研究中所取得的一些进展。欢迎各位老师交流探讨。
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研究介绍
脑膜炎球菌是一种革兰氏阴性细菌，在世界范围内引起流行性脑膜炎和败血症，作者首先通过单分子追踪实验研究CD147在脑膜炎球菌感染时的迁移率，然后分别使用荧光标记的STxB和CTxB亚基研究两种鞘脂GM1和Gb3在脑膜炎球菌感染过程中的作用，通过结构照明显微镜（SIM）和直接随机光学重建显微镜（dSTORM）进行超分辨率显微镜观察，显示脑膜炎球菌周围有GM1聚集，突出了其对细菌侵袭的重要意义。
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研究结果
1. 单分子追踪揭示了相互作用时CD147受体迁移率的调节
在健康个体中，脑膜炎球菌可能作为共生生物存在于鼻咽中，而不会影响宿主，在某些情况下，细菌可以进入血液并粘附在血液微血管的内皮细胞上，导致炎症过程和血液-脑脊液屏障的破坏，严重时可引起败血症和进行性致命性休克，这是疾病发展为脑膜炎的关键。
最近，通过直接随机光学重建显微镜（dSTORM）进行的超分辨率显微镜检查表明，脑膜炎球菌与内皮细胞结合需要CD147/β2-肾上腺素受体聚集在细菌粘附位点，CD147/β2-肾上腺素受体复合物在质膜中的局部富集可能允许细菌在体内粘附到血管壁并抵抗血流动力学，由于细菌粘附位点的受体积累需要在质膜中具有高迁移率，作者使用与光稳定荧光染料SeTau-647结合的N端结合单克隆抗体（MEM-6/1）进行CD147的活细胞单分子追踪实验。
图1. 单克隆抗体对HBMEC上CD147的单分子追踪
2. 脑膜炎球菌感染时质膜鞘脂的重排
鞘糖脂通常是大量病原体的重要宿主细胞靶点，脑膜炎球菌菌毛依赖于神经节苷脂的结合，有两种研究良好的具有受体功能的鞘糖脂是单唾液酸四己糖基神经节苷脂GM1和球三糖基神经酰胺Gb3，为了研究脑膜炎球菌粘附时脂质组织的可能变化，作者分别使用霍乱毒素B（CTxB）和志贺毒素B（STxB）亚单位观察脑内皮细胞质膜中两种鞘糖脂GM1和Gb3的分布。
实验结果显示，感染脑膜炎球菌后，Gb3的质膜分布保持不变，相反，GM1显示HBMEC质膜上粘附性脑膜炎球菌周围的荧光强度显著增加，数据清楚地证明了神经节苷脂GM1在粘附细菌周围的强烈聚集，而未感染的HBMEC显示GM1在质膜中的均匀分布。
图2. 脑膜炎球菌感染期间脑内皮细胞质膜中Gb3的荧光成像（左），感染表达GFP的脑膜炎球菌后HBMEC中GM1的荧光成像（右）
为了排除CTxB和STxB与脑膜炎球菌的非特异性结合，作者将细菌接种在不含HBMEC的玻璃上，通过dSTORM进行标记和成像，相应的图像显示，两种鞘脂不会非特异性结合脑膜炎球菌。
图3. 表达GFP的脑膜炎球菌（绿色）的GM1和Gb3的dSTORM图像，没有用Alexa Fluor 647缀合的CTxB或STxB标记的HBMEC。
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研究总结
综上所述，鞘糖脂是重要的病原体受体，阻断GM1可显著降低感染效率，这意味着质膜神经节苷脂对细菌入侵的重要性。因此，在神经节苷脂存在于与菌毛相互作用的人类上皮细胞中，侵袭效力的提高应更加显著，作者认为这种机制可能在从鼻咽到血液中的初始摄取中起重要作用，阻断这种相互作用可能是避免脑膜炎球菌传播危及生命的一种有希望的方法，并有助于开发细菌清除的治疗方法。
本文主要借助STORM技术来标记追踪分子位置关系。这项2014年诺贝尔化学奖的发现已在国内实现产业化。威斯尼斯人wns888入口现已发布的超高分辨率显微成像系统iSTORM，采用3D随机光学重构技术、高精度细胞实时锁定技术、多通道同时成像技术等，以纳米级观测精度、高稳定性、广泛环境适用、快速成像、简易操作等优异特性，获得了超过50家科研小组和100多位科研人员的高度认可。
