某些蛋白质在细胞膜边“幻影移形”了

　　

一些毒素和药物如何进入细胞？

几十年来，科学家们一直想知道，像蛋白质这样的大分子是如何通过细胞膜而不留下任何痕迹的。这种能力是某些药物——包括一些癌症疗法和COVID-19疫苗——起作用的部分原因。这也是细菌毒素进入人体细胞并造成严重破坏的原因。

研究人员注意到一些肽通过推动细胞膜而穿过细胞膜。多肽使细胞膜变形成小的圆形芽。然后芽会以小气泡的形式脱落，最终“破裂”，让肽在细胞内释放出来。

图片：Ashweta Sahni画

其中一个例子是白喉毒素，它是由白喉棒状杆菌产生的，可引起白喉，这是鼻子和喉咙的一种严重和可能致命的细菌感染。但这些蛋白质是如何进入人体细胞的，这在科学上还是个谜。

最近发表在ACS化学生物学杂志上的一项研究回答了这个谜题。这项研究确定了蛋白质穿过细胞膜的方式，这一发现可能为未来更好地将药物输送到细胞或治疗由细菌毒素引起的疾病奠定科学基础。

该研究的资深作者、俄亥俄州立大学(Ohio State University)化学和生物化学教授Dehua Pei说:“薄膜包裹这些毒素的方式几乎就像一个魔术。”

Pei在俄亥俄州立大学的研究小组多年来一直试图了解细菌毒素等生物分子是如何进入人体细胞的，目标是找到将药物注入这些细胞的方法。通过这项研究，研究人员发现了一些毒素是如何穿过细胞膜的，该研究的主要作者、Pei俄亥俄州立大学实验室的研究生Ashweta Sahni说。

研究人员已经知道小分子是如何穿透细胞膜的，通常是通过与细胞膜结合然后扩散。但他们知道蛋白质没有这种能力，因为它们太大了。直到现在，最流行的假设是，蛋白质可以通过细胞膜上的小孔（pores），类似于《Le pass muraille》（穿墙人）。但Pei之前的研究并没有支持这一假设。

在研究团队的其他项目时，Sahni注意到一些蛋白质片段，即多肽，通过推动细胞膜而穿过细胞膜。多肽使细胞膜变形成小的圆形芽。这些芽随后以小气泡的形式分离出来，这些小气泡最终会“破裂”，让肽在细胞内释放出来。该团队随后观察到，两种结构不同的细菌毒素也采用了同样的机制。这一发现使他们得出结论，这种萌芽和崩溃机制是许多大型生物分子使用的一种常见机制。

Sahni说:“这种萌芽和崩溃的现象以前是未知的，但我们能够亲眼目睹，因为我们有设备、训练和经验，知道我们在看什么。”

研究小组通过共聚焦显微镜观察了活细胞的发芽和崩溃过程。共聚焦显微镜是一种成像技术，可以让他们聚焦于细胞内部和细胞膜上发生了什么，以及这些特定的蛋白质。

Pei说，这一发现可能为利用这一发现操纵药物进入细胞的方式的新药物疗法打开了大门。