[商家供应] 新型荧光探针——细胞膜脂变化无所遁形!

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内容

供稿：彭磊、周穹昱
配图：LZ

细胞膜对于维持正常的细胞功能有着重要作用，无论是营养的进入还是废物的排出，或是免疫反应的发生，都需要有这层膜才能进行。如何能完整清晰的观察细胞膜的真实结构状况，对科学家们探索细胞的世界具有非常重要意义。

今天Dr. JY就来跟大家聊一聊2016年1月最新发表的一个研究成果——PA荧光探针是如何帮助我们看到美丽的细胞世界的故事。

首先，我们需要给非生物专业的同学先稍微科普一下关于细胞膜的哪些事儿。

细胞膜与膜脂

对于细胞而言，细胞膜就好比进入外太空的宇航员身上的宇航服, 而这层“衣服”主要是由脂类（俗称膜脂，占50%)、蛋白质(40%)和糖类(2%~10%)组成, 此外，还含有少量水分、无机盐与金属离子等。

占50%的膜脂是细胞膜的最重要的组成部分，膜脂包含三种组成：磷脂+胆固醇+糖脂。那么膜脂以怎样的形式存在呢？事实上，他们不是无组织无纪律地分散在细胞膜内部，而是以一种独特的脂质双层的形式存在于细胞膜中，这种结构看起来有点像“三明治”。从下图的细胞膜的结构模型中我们可以看到：上下两层都是一种被称为磷脂的成分，而胆固醇和少量的糖脂则存在于“三明治”中间的夹层部分。

脂质双层的“三明治“结构模型

然而，这只是一个理想的模型，真正的细胞膜结构并不是像人们想象的那么“规矩”，反而可以说是“变化多端”！他们不仅在细胞膜内的横向方向具有不一致性，内外层也不对称，且膜之间的脂质成分和组织也存在着巨大差异。

从存在形态上来看，膜脂双层中的脂质有两种存在相态：有序和无序相态。有序相也称为液态(由饱和脂质和胆固醇组成),无序相也称为晶态(由不饱和脂质组成)。通过监控不同相态的荧光颜色、强度和荧光寿命的变化，人们就可以检测分辨出脂质的存在形态。

PA荧光探针——膜脂变化无所遁形

最近法国科学家连同日本研究小组新合成了一种荧光探针--嵌二萘（PA）,它比现有的探针方式（如Laurden）有了更大的突破，可以将膜脂在细胞膜（质膜）和内膜之间的分布变化情况更加高清晰地呈现在我们眼前。

荧光探针对膜脂有序和无序相的颜色反应以及两种探针的化学结构

首先，在实际工作开始前，我们需要检验一下PA探针的“实力”：科研人员采用高灵敏荧光光谱仪（FluoroLog-3）来做验证工作，借助其微量检测的高灵敏度, 对极微量（1μM）的PA在不同脂质囊泡进行分析测试，最终快速可靠地得到了PA的基本光学数据，结果显示PA与行业老大哥Laurden相比，吸光带在可见光区域，荧光亮度更亮，光稳定性更稳，发射谱红移，更好的耐光性等，可见PA在辨别膜脂无序有序两相时具备了更多独特的优势。

嵌二萘和Laurden在不同脂质囊泡中的荧光光谱图

高灵敏荧光光谱仪（FluoroLog-3）

在验证了PA探针的实力后，接下来，发挥“威力“的时候到了。研究人员采取另外三种分析方法（包括，双光子荧光显微镜成像、共聚焦显微镜图像和荧光寿命成像显微术），快速的培育微量级PA用量，最终不仅快速地将目标细胞HeLa内的脂质以黑白灰强度分布呈现出来，而且还将脂质不同组分在质膜和各内膜之间的分布变化以橙绿玫红白铺展开来（如下图）。

从目前的结果看，PA探针是研究生物膜的一种非常新的、有力工具，结合先进的分析仪器，它让研究者们如此清晰细致地观察到了细胞内膜脂顺序的不均衡性，这些美丽的细胞成像图究竟深藏着怎样奥秘的世界？还有多少秘密能在科技的推动下无所遁形？接下来，让我们期待更多科研技术成果的诞生，推动科学家们的探索细胞内更深、更高层次的未知领域！

参考文献：
Scientific Reports.2015, DOI: 10.1038/srep18870
Published: 11 January 2016
Y．Niko, P. Didier, Y.Mely, G.Konishi and A. S. Klymchenko. Bright and photostable push-pullpyrene dye visualizes lipid ordervariation between plasma andintracellular membranes.

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