力示踪方法研究单个流感病毒入侵宿主细胞膜的动态过程

The influenza virus is one of the most important threats to human health; however, its pathogenic molecular mechanism remains elusive. The transmembrane process of the influenza virus is the first step of the virus replication in host cells, and therefore it is practically significant to study the virus transmembrane mechanism for the prevention and treatment of influenza disease. Based on our novel force measurement technique - "force tracing" (measuring force down to pN, time scale down to microsecond), this proposal plans to study the transmembrane process of a single influenza virus infecting host cells, including recording the force curves of single virus particle entry into the living cells, simulating and calculating the transmembrane time and rate, studying the endocytic mechanism of influenza virus, and measuring the endocytic force with the deletion of the related receptor protein. At last, we will try to reveal the dynamic mechanism of a single virus particle penetrating the cell membrane. This study can not only enhance the international influence of our research in viral pathogenic mechanism at the single-particle level, but also provide a theoretical basis for the effective control of the spread of influenza virus and the development of effective influenza virus vaccine.

流行性感冒病毒是引起人类疾病的重要原因之一，目前它的致病分子机理尚未研究清楚。流感病毒跨膜是病毒入侵宿主细胞的第一步，因此研究病毒跨膜机制对于预防和治疗流感疾病有重要意义。本申请基于课题组原创研发的微观力测量手段 - "力示踪"技术（可以测量pN级的力和微秒级的动力学过程）拟对单个流感病毒侵染宿主细胞的跨膜动态过程进行系统研究。研究内容包括记录单个病毒颗粒跨膜进入细胞的力学曲线，模拟计算病毒跨膜过程的时间、速率，研究流感病毒跨膜的内吞机制，测量相关受体蛋白缺失时跨膜过程所需要的力等，最终揭示单个病毒颗粒入侵细胞膜的动态机制。本研究不仅可以加强我国在单颗粒水平上研究病毒致病机理的国际影响，而且还可以为有效的控制流感病毒传播以及研制新型有效的流感病毒疫苗提供理论基础。

病毒跨膜是其侵染宿主细胞关键的第一步，也是研究病毒感染相关疾病的核心问题之一。本项目利用高时间和空间分辨的力示踪技术，在单颗粒水平研究病毒跨膜侵染宿主细胞的动态过程，记录了单个活病毒跨膜进入细胞的力示踪曲线，对跨膜机制进行了全面的动力学研究。首先利用力示踪技术研究单个活的石斑鱼虹彩病毒(SGIV, 200 nm)跨膜侵染宿主细胞的动态过程，分别通过恒力模式和横位置模式力示踪测量了单个SGIV跨膜的位移和跨膜内吞力、内吞时间，进一步计算得到跨膜过程中病毒的平均运动速率。通过荧光成像和力示踪技术，结合小分子抑制剂阻碍和基因敲除等方法揭示了SGIV跨膜的网格蛋白介导內吞机制，相关成果发表在国际核心期刊《Small》上。为了系统研究跨膜内吞机制，我们对不同尺寸的颗粒物质进行力示踪研究，发现小尺寸颗粒（如5-20 nm金纳米粒子）跨膜是依赖小窝蛋白介导內吞的，表明细胞膜转运微小颗粒物质主要依赖尺寸效应。研究成果发表在国际核心期刊《Nanoscale》上。本项目的研究结果对病毒侵染宿主细胞及微小颗粒物质内吞进入细胞机理研究具有重要意义，为更加深入的研究细胞膜上纳米药物转运奠定基础。相关成果在Chem.Soc.Rev.、Small、Nanoscale、Scientific Reports等国际核心杂志上发表共发表论文共9篇，申请专利2项，顺利完成项目总体预定目标。