量子点示踪技术揭示神经生长因子受体的动力学特性

在神经系统调控过程中，特异性配体与神经细胞膜表面受体结合，进而激活细胞浆内下游信号传导。该过程对于维持正常的神经系统功能具有重要意义，在很多神经系统功能紊乱性疾病（如老年痴呆）以及心理疾病（如抑郁症）中出现异常。美国俄勒冈卫生科技大学Tania Q. Vu课题组，利用量子点（Quantum dots, QDs）示踪技术，实时观察了脑源性神经营养因子（Brain-derived neurotrophic factor, BDNF）与神经元上的TrkB受体结合并内吞进入细胞浆的转运过程。

Anke Vermehren-Schmaedick等将BDNF进行生物素化，进而与链霉亲合素偶联的量子点孵育，从而获得量子点标记物QD-BDNF。通过体外ELISA实验，明确BDNF与量子点的偶联没有影响其与TrkB受体的结合及活化。在神经元细胞活体成像观察中，QD-BDNF与TrkB特异性结合，并诱发TrkB介导的信号传导；而且，QD-BDNF复合体可经历长时间的成像观察，成像效果优于Alexa-BDNF，并且在连续激发条件下没有对细胞形态造成不良影响（图1）。上述研究者利用量子点单分子成像技术，直接观察到BDNF-TrkB复合体内吞进入细胞浆以及重新回到细胞膜的再循环过程（图2），从而证实了相关动力学的推测。

图1 量子点标记的脑源性神经营养因子（QD-BDNF）与神经元上的TrkB受体结合并显示良好的光物理特性。

(A) 与传统荧光染料标记物（Alexa-BDNF, 25nM）比较，量子点标记物（QD-BDNF, 200pM）显示更高的灵敏度；

(B) 一个神经元细胞中两个QD-BDNF的闪烁分析；

(C) 对于QD-BDNF的高分辨率空间检测，可精确显示细胞膜或细胞浆定位；

(D) 对荧光强度的分析显示，量子点显示良好的荧光稳定性，并且在连续激发条件下没有对细胞形态造成不良影响。

图2 QD-BDNF在神经元胞体的内吞及回收。

左图：QD-BDNF在细胞膜上与受体结合后内吞，向细胞浆移动；右图：QD-BDNF从细胞浆向细胞膜移动，重新回到细胞膜。

文献来源：

Vermehren-Schmaedick A, Krueger W, Jacob T, Ramunno-Johnson D, Balkowiec A, Lidke KA, Vu TQ. Heterogeneous intracellular trafficking dynamics of brain-derived neurotrophic factor complexes in the neuronal soma revealed by single quantum dot tracking. PLoS One. 2014;9(4):e95113.