发布日期:2025-12-29 22:16 点击次数:97

在这个星球上,流感病毒是人类最熟悉的“陌生人”。虽然我们对它的基因序列了如指掌,对它的传播路径防不胜防,但在微观层面,关于它究竟是如何敲开人体细胞大门的那关键几秒,科学界长期以来只能依靠推测和静态图像来拼凑。现在,这种模糊的猜想终于结束了。
近日,瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)与日本金泽大学的研究团队,通过一项名为ViViD-AFM的革命性显微成像技术,在人类历史上首次实现了对流感病毒入侵活体细胞全过程的纳米级实时观测。这项发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的研究,不仅展示了一段令人惊叹的微观“动作大片”,更揭示了一个令人细思极恐的事实:流感病毒的入侵,并非是一次单纯的暴力破拆,而是一场由人体细胞“积极配合”的致命共谋。
走出微观世界的“盲区”
要理解这项突破的含金量,我们必须先了解病毒学研究长期面临的“测不准原理”。在过去,生物学家如果想看清病毒(通常只有100纳米大小),就必须使用电子显微镜。然而,电子显微镜需要高真空环境,且样本必须经过干燥和金属喷涂处理——这意味着我们看到的永远是病毒的“尸体”切片,是死亡瞬间的定格,而非生命的动态过程。反之,如果使用光学显微镜观察活细胞,受限于光的衍射极限,病毒只能显示为一个模糊的光点,无法看清它与细胞膜互动的细节。
这就好比我们试图研究一场足球比赛,我们要么只能看到高清的球员静态海报,要么只能在万米高空俯瞰模糊的球场跑动,却永远无法看清临门一脚的精妙配合。
苏黎世联邦理工学院的生物化学教授山内洋平(Yohei Yamauchi)团队开发的ViViD-AFM技术,巧妙地打破了这一僵局。这项技术全称为“病毒双共聚焦原子力显微镜”。它创造性地将两套看似不兼容的系统融合在一起:一套是能够追踪荧光标记的共聚焦显微镜,它像“GPS定位系统”一样实时锁定病毒的位置;另一套是原子力显微镜(AFM),它像一只极其灵敏的“盲人手指”,通过一根原子级粗细的探针在细胞表面轻轻扫描,感知细胞膜的三维形变。
这种“视觉”与“触觉”的完美同步,让科学家们第一次拥有了上帝视角。他们不需要冷冻或杀死细胞,就能在保持细胞完全生理活性的状态下,以纳米级的精度,看着一个活生生的病毒颗粒如何降落、试探,并最终消失在细胞内部。
细胞膜上的“木马计”
在ViViD-AFM的镜头下,流感病毒入侵的真相被层层剥开,而最令研究人员感到震惊的,是宿主细胞在其中扮演的角色。
传统教科书通常将病毒描述为带有“钥匙”(血凝素蛋白)的强盗,它们识别出门锁(唾液酸受体)后强行闯入。但在最新的实时影像中,这一过程看起来更像是一场精心设计的诈骗。研究发现,当流感病毒附着在细胞表面时,它并不是简单地往里钻。相反,病毒的结合似乎触发了细胞某种深层的生理信号,使得细胞表面开始主动发生形变。

猴痘病毒表面蛋白(MPXV OPG153,粉色高亮显示)与两种中和抗体:08E11(蓝色高亮显示)和12I12(黄色高亮显示)的复合物结构。图片来源:德克萨斯大学奥斯汀分校
观测数据显示,细胞膜下的肌动蛋白(Actin)——一种负责细胞骨架支撑和运动的蛋白质——开始在病毒附着点下方快速聚合,形成一个向外突出的微型“平台”。这个平台就像是细胞主动伸出的“双臂”,它不仅固定住了病毒,还通过复杂的机械运动,配合网格蛋白(Clathrin)形成的囊泡,将病毒温柔地包裹起来。
换句话说,流感病毒利用了细胞自身的物质运输机制。它欺骗细胞,让细胞误以为这是一个需要被摄取的营养物质或信号分子。细胞不仅没有对外来者进行防御,反而耗费自身的能量,调动自身的骨架蛋白,甚至专门搭建了一个“停机坪”,恭恭敬敬地将这个装满遗传毒素的“特洛伊木马”拉进了城墙之内。
这一发现彻底修正了我们对胞吞作用(Endocytosis)的理解。此前,科学家们虽然知道胞吞作用的存在,但从未如此清晰地看到:病毒的进入竟然需要细胞表面先形成特定的凸起结构。这种“先凸起,后包裹”的动力学过程,是仅凭静态图像无法捕捉的。
给未来药物研发的一把“新枪”
这项研究的意义绝不仅仅是为了满足科学家的好奇心,它直接指向了抗病毒治疗的未来。
目前的抗流感药物,如达菲(Tamiflu),主要作用于阻断病毒复制后的释放阶段。而ViViD-AFM技术让我们看到了感染链条的最前端——“进入”阶段。既然我们现在知道病毒需要诱导细胞形成肌动蛋白凸起才能进入,那么我们是否可以开发出一种药物,专门暂时性地抑制这种特定的细胞形变?
这就好比我们无法没收所有强盗的钥匙,但我们可以通过加固门锁的机械结构,或者让门把手暂时失灵,让强盗即便插进了钥匙也转不动。这种针对宿主细胞机制(Host-Directed Therapy)的治疗思路,相比直接针对病毒蛋白的药物,具有一个巨大的优势:病毒极易变异,产生耐药性;但人类细胞的物理机制是相对稳定的,针对这一环节的药物很难失效。
此外,ViViD-AFM作为一个通用的观测平台,其应用前景广阔得令人兴奋。既然能看清流感病毒,它同样能用来观察新冠病毒、艾滋病毒等其他病原体与细胞的互动。它甚至可以用来优化纳米药物的递送——通过观察细胞如何“吃掉”纳米颗粒,科学家可以设计出更容易被细胞吸收的靶向抗癌药物。
正如显微镜的发明曾经带领人类走出了中世纪的蒙昧,ViViD-AFM的出现,正在将生命科学带入一个“全息直播”的新时代。当我们终于能看清敌人是如何推开那扇门时,离我们彻底关死那扇门的日子,也许就不远了。在这个流感肆虐的季节,微观前线传来的这份情报,无疑是人类在这场永恒战争中获得的最宝贵的筹码之一。
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