《Chem》報(bào)道我校“振動(dòng)誘導(dǎo)發(fā)光”機(jī)制精準(zhǔn)探測(cè)流感病毒的研究新進(jìn)展
近日，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院、費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心賀曉鵬教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了基于“振動(dòng)誘導(dǎo)發(fā)光”機(jī)制的流感病毒精準(zhǔn)探測(cè)工具，相關(guān)工作在線發(fā)表于Cell子刊Chem（2022, 10.1016/j.chempr.2022.03.012）。高致病病原微生物往往通過選擇性識(shí)別宿主細(xì)胞表面的特殊糖結(jié)構(gòu)入侵細(xì)胞，繼而造成感染。例如，時(shí)下全球性流行的新冠病毒表面刺突蛋白可經(jīng)由宿主細(xì)胞表面糖胺聚糖的介導(dǎo)，特異性識(shí)別血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2感染宿主細(xì)胞。此外，季節(jié)性爆發(fā)的甲型流感病毒（IAV）可通過血凝素（HA）膜蛋白識(shí)別禽類細(xì)胞表面的α-2,3構(gòu)型唾液酸寡糖感染禽細(xì)胞，而當(dāng)HA的識(shí)別特征突變?yōu)楦弑磉_(dá)于人細(xì)胞表面的α-2,6構(gòu)型唾液酸寡糖時(shí)，可導(dǎo)致IAV的人感染并大幅增加人傳人風(fēng)險(xiǎn)。
傳統(tǒng)生化手段需對(duì)病毒樣本裂解進(jìn)而分析相關(guān)生物標(biāo)志物，雖然糖固相微陣列技術(shù)的提出為糖與蛋白質(zhì)的選擇性識(shí)別提供了通用檢測(cè)方法，然而適用于原位探測(cè)糖細(xì)微結(jié)構(gòu)差異如何介導(dǎo)其生物識(shí)別特異性動(dòng)態(tài)變化的精準(zhǔn)化學(xué)工具仍相對(duì)缺乏。針對(duì)這一問題，研究團(tuán)隊(duì)以不同糖識(shí)別特征的甲型流感病毒為研究模型，提出“生物識(shí)別誘導(dǎo)構(gòu)象限制”策略，發(fā)展了基于“振動(dòng)發(fā)光”（VIE）機(jī)制的唾液酸寡糖偶聯(lián)動(dòng)態(tài)熒光陣列。
VIE是我校田禾院士團(tuán)隊(duì)獨(dú)立揭示的一種存在于二氫二苯并吩嗪類結(jié)構(gòu)的發(fā)光特征（Tian et al., J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 8509），當(dāng)此類分子處于良分散態(tài)時(shí)，其激發(fā)態(tài)呈平面共軛構(gòu)象，發(fā)射紅色熒光，而當(dāng)分子受周邊微環(huán)境限制“振動(dòng)”（僵化）時(shí)，激發(fā)態(tài)呈類“馬鞍形”構(gòu)象，熒光顯著藍(lán)移。受這一獨(dú)特“動(dòng)態(tài)發(fā)光”機(jī)制啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)建了多系列不同α-2,6和α-2,3-唾液酸聚糖區(qū)域異構(gòu)體修飾的VIE探針庫，結(jié)合熒光光譜、生物小角度散射和計(jì)算模擬等手段，證明糖與病毒識(shí)別蛋白間的選擇性主客體作用可引導(dǎo)臨近偶聯(lián)的VIE分子“限制振動(dòng)”（構(gòu)象僵化），從而呈現(xiàn)探測(cè)信號(hào)紅色至藍(lán)色熒光的比率型改變。該技術(shù)無需對(duì)病毒裂解并提取目標(biāo)生物大分子，可直接在均相中實(shí)現(xiàn)完整病毒表面糖識(shí)別膜蛋白的原位高通量探測(cè)，VIE分子受周邊微環(huán)境限制所發(fā)生的動(dòng)態(tài)熒光改變，為其共價(jià)偶聯(lián)糖分子的特異性生物識(shí)別環(huán)境提供了表征信號(hào)，結(jié)合主成分分析法對(duì)所得高通量信號(hào)進(jìn)行降維解析，實(shí)現(xiàn)了不同種屬病毒間，人感染和禽感染病毒間，以及不同病毒變體間糖識(shí)別特征的精準(zhǔn)區(qū)分，同時(shí)此驗(yàn)證該方法還適用于克隆不同糖識(shí)別特異性HA的腺病毒疫苗載體檢測(cè)，為病毒的糖介導(dǎo)動(dòng)態(tài)識(shí)別特征改變的原位探測(cè)提供了簡(jiǎn)易、高效的化學(xué)手段。
團(tuán)隊(duì)在上述系統(tǒng)性工作中，提出了將“振動(dòng)誘導(dǎo)發(fā)光”這一動(dòng)態(tài)熒光機(jī)制引入糖介導(dǎo)高致病病原微生物識(shí)別特異性的精準(zhǔn)探測(cè)，通過“生物識(shí)別誘導(dǎo)構(gòu)象限制”這一獨(dú)特策略的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了流感病毒糖異構(gòu)化識(shí)別差異的高通量、原位精準(zhǔn)區(qū)分，預(yù)期該技術(shù)有望成為傳統(tǒng)固相糖陣列實(shí)驗(yàn)的重要補(bǔ)充，為糖組學(xué)解碼提供有力的化學(xué)工具。
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化學(xué)與分子工程學(xué)院博士后豆偉濤與復(fù)旦大學(xué)附屬公共衛(wèi)生臨床中心王祥博士為本文共同第一作者，美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Jonathan Sessler教授、天津醫(yī)科大學(xué)周東明教授與賀曉鵬教授為本文共同通訊作者，研究工作得到了田禾院士的悉心指導(dǎo)。小角度散射實(shí)驗(yàn)得到了蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施五線六站（BL19U2）李娜博士的指導(dǎo)，計(jì)算模擬實(shí)驗(yàn)由上?？萍即髮W(xué)劉婷婷博士完成，并得到了趙素文研究員的指導(dǎo)。本研究獲得了國家自然科學(xué)基金、材料生物學(xué)與動(dòng)態(tài)化學(xué)教育部前沿科學(xué)中心、上海市科技重大專項(xiàng)、上海市科委國際合作項(xiàng)目、費(fèi)林加諾貝爾獎(jiǎng)科學(xué)家聯(lián)合研究中心博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、上海市超級(jí)博士后基金資助。
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