來自瑞士和日本的科研團(tuán)隊(duì)近日首次以高時(shí)空分辨率，記錄下流感病毒在活體人類細(xì)胞表面移動(dòng)并進(jìn)入細(xì)胞的全過程，為揭示病毒感染初始階段提供了前所未有的細(xì)節(jié)視角。 研究顯示，宿主細(xì)胞并非被動(dòng)挨打的對(duì)象，而是在病毒靠近時(shí)出現(xiàn)主動(dòng)伸展、推拉等動(dòng)態(tài)反應(yīng)，病毒與細(xì)胞之間更像是一場(chǎng)精密配合的“入侵之舞”。

流感感染通常始于含有病毒的飛沫進(jìn)入人體，病毒附著在呼吸道上皮等細(xì)胞表面并完成入侵。此次合作團(tuán)隊(duì)以培養(yǎng)的人體細(xì)胞為模型，開發(fā)出一種專門的顯微成像技術(shù)，可在放大視野下持續(xù)觀察細(xì)胞表面的超微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)，從而第一次“現(xiàn)場(chǎng)直播”流感病毒進(jìn)入活細(xì)胞的完整過程。 課題由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）分子醫(yī)學(xué)教授山內(nèi)洋平（Yohei Yamauchi）領(lǐng)銜，他形容病毒侵入“就像病毒與細(xì)胞之間的一段舞蹈”，細(xì)胞會(huì)主動(dòng)向病毒方向“伸手”，并參與其被包裹和內(nèi)吞的全過程。

研究發(fā)現(xiàn)，盡管從結(jié)果看這一過程只會(huì)幫助病毒完成感染，但病毒事實(shí)上是劫持了細(xì)胞本來用于攝取激素、膽固醇、鐵等必需分子的常規(guī)內(nèi)吞通路。 流感病毒首先需與細(xì)胞表面的特定分子結(jié)合，然后沿著細(xì)胞膜“滑行”，在膜面上從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，直至找到表面受體高度聚集的區(qū)域，那里成為其最有效的“入侵入口”。 當(dāng)受體識(shí)別到病毒并完成聚集后，細(xì)胞膜會(huì)形成一個(gè)逐漸凹陷的小坑，一種名為網(wǎng)格蛋白（clathrin）的結(jié)構(gòu)蛋白參與塑形和支撐，讓這一小坑不斷加深，最終像兜一樣將病毒整個(gè)包裹形成囊泡。 隨后，這一囊泡被牽引進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，其表面包被逐步解體，病毒得以在細(xì)胞內(nèi)釋放，開啟下一階段復(fù)制過程。

過去，科研人員嘗試?yán)秒娮语@微鏡捕捉這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但這類技術(shù)需要固定和破壞細(xì)胞，只能獲得靜態(tài)“快照”，難以還原動(dòng)態(tài)過程。 熒光顯微鏡雖然能在活細(xì)胞中成像，卻受限于空間分辨率，無法呈現(xiàn)細(xì)胞膜凹陷、蛋白聚集等精細(xì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。 為突破這些瓶頸，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種將原子力顯微鏡（AFM）與共聚焦熒光顯微鏡相結(jié)合的新方法，命名為“病毒可視雙模共聚焦-原子力顯微技術(shù)”（ViViD-AFM）。 該技術(shù)一方面利用原子力顯微鏡在納米尺度描繪細(xì)胞表面形貌，另一方面通過熒光信號(hào)標(biāo)記病毒及相關(guān)蛋白位置，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)與功能的同步追蹤。

借助 ViViD-AFM，研究人員觀察到，細(xì)胞在多個(gè)層面主動(dòng)“配合”病毒完成入侵：例如，它們會(huì)將網(wǎng)格蛋白精準(zhǔn)招募到病毒所在位置，幫助形成包裹病毒的膜性囊泡。 當(dāng)病毒略微遠(yuǎn)離細(xì)胞表面時(shí)，細(xì)胞膜還會(huì)向上“抬起”，產(chǎn)生明顯的形變和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，以重新接近和捕獲病毒，這些運(yùn)動(dòng)在病毒稍有偏離時(shí)反而更為劇烈。 這說明流感病毒極大程度上借用了細(xì)胞自身高度調(diào)控的物質(zhì)攝取系統(tǒng)，把原本用于維持生命活動(dòng)的機(jī)制“逆用”為感染通路。

研究團(tuán)隊(duì)指出，這一新成像平臺(tái)對(duì)于抗病毒藥物開發(fā)具有重要意義，因?yàn)樗梢栽诨罴?xì)胞體系中實(shí)時(shí)觀察候選藥物對(duì)病毒入侵各步驟的具體影響，從而更有針對(duì)性地篩選和優(yōu)化抑制策略。 此外，ViViD-AFM 并不局限于流感病毒，未來還可用于研究其他病毒甚至疫苗顆粒與細(xì)胞的相互作用，有望在感染早期階段提供更全面的物理和生物學(xué)線索，為新型抗病毒療法和預(yù)防手段的設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。