量子點示蹤技術揭示神經生長因子受體的動力學特性

在神經系統調控過程中，特異性配體與神經細胞膜表面受體結合，進而激活細胞漿內下游信號傳導。該過程對于維持正常的神經系統功能具有重要意義，在很多神經系統功能紊亂性疾病（如老年癡呆）以及心理疾病（如抑郁癥）中出現異常。美國俄勒岡衛生科技大學Tania Q. Vu課題組，利用量子點（Quantum dots, QDs）示蹤技術，實時觀察了腦源性神經營養因子（Brain-derived neurotrophic factor, BDNF）與神經元上的TrkB受體結合并內吞進入細胞漿的轉運過程。

Anke Vermehren-Schmaedick等將BDNF進行生物素化，進而與鏈霉親合素偶聯的量子點孵育，從而獲得量子點標記物QD-BDNF。通過體外ELISA實驗，明確BDNF與量子點的偶聯沒有影響其與TrkB受體的結合及活化。在神經元細胞活體成像觀察中，QD-BDNF與TrkB特異性結合，并誘發TrkB介導的信號傳導；而且，QD-BDNF復合體可經歷長時間的成像觀察，成像效果優于Alexa-BDNF，并且在連續激發條件下沒有對細胞形態造成不良影響（圖1）。上述研究者利用量子點單分子成像技術，直接觀察到BDNF-TrkB復合體內吞進入細胞漿以及重新回到細胞膜的再循環過程（圖2），從而證實了相關動力學的推測。

圖1 量子點標記的腦源性神經營養因子（QD-BDNF）與神經元上的TrkB受體結合并顯示良好的光物理特性。

(A) 與傳統熒光染料標記物（Alexa-BDNF, 25nM）比較，量子點標記物（QD-BDNF, 200pM）顯示更高的靈敏度；

(B) 一個神經元細胞中兩個QD-BDNF的閃爍分析；

(C) 對于QD-BDNF的高分辨率空間檢測，可精確顯示細胞膜或細胞漿定位；

(D) 對熒光強度的分析顯示，量子點顯示良好的熒光穩定性，并且在連續激發條件下沒有對細胞形態造成不良影響。

圖2 QD-BDNF在神經元胞體的內吞及回收。

左圖：QD-BDNF在細胞膜上與受體結合后內吞，向細胞漿移動；右圖：QD-BDNF從細胞漿向細胞膜移動，重新回到細胞膜。

文獻來源：

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.