本文转载自“超视计科技”微信公众号

编者按

近日，京津冀国家技术创新中心、广州颠覆性技术创新中心和同新基金联合培育的高科技企业超视计生物科技有限公司（简称“超视计科技”）研发的智能结构光超分辨显微镜 MI-SIM 助力重庆医科大学附属第二医院重症医学科段晨阳团队在《Science》期刊上发表研究论文。该研究揭示脓毒症中心肌细胞与周围驻留细胞之间通过隧道纳米管进行线粒体跨细胞转移的关键机制，为理解脓毒症心脏损伤提供了新的理论框架。

脓毒症是由感染引起的一种危及生命的全身性炎症反应综合征，其中心脏功能障碍发生率高达40%，显著增加死亡风险。然而，部分患者即使感染得到控制，心功能仍持续恶化，其具体机制尚不完全清楚。长期以来，相关研究主要聚焦于心肌细胞本身的损伤与修复。而最新观点认为，内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞等非心肌细胞在维持心脏稳态中也至关重要。因此，解析这些细胞间的通讯机制，尤其是线粒体的跨细胞转移，为理解脓毒症心肌病的发生与发展提供了关键切入点。

近期，重庆医科大学附属第二医院重症医学科段晨阳团队在《Science》子刊《Science Advances》上发表了题为“Cytoskeletal remodeling promotes tunneling nanotube formation and drives cardiac resident cell mitochondrial transfer in sepsis”的研究论文。该论文系统揭示了脓毒症中心肌细胞与周围驻留细胞（内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞）之间通过隧道纳米管（TNT，Tunneling Nanotubes）进行线粒体跨细胞转移的关键机制，并阐明了动力蛋白相关蛋白1（Drp1，Dynamin-related protein 1）通过结合 Filamin 和 Kinesin 驱动细胞骨架重塑、促进 TNT 形成与延伸的分子基础。该研究从细胞器通讯角度为理解脓毒症心脏损伤提供了新的理论框架。

图1 LPS 刺激心肌细胞与驻留细胞共培养体系后，MI-SIM 超分辨成像清晰显示了 TNT 结构及其内部包裹的线粒体。这证实了 TNT 作为物理通道，能够介导线粒体从心肌细胞向邻近细胞进行定向转移。

图2 MI-SIM 对心肌细胞与驻留细胞间的 TNT 进行了 3D 重构，清晰呈现出其悬浮于细胞外的管状立体结构，从而为 TNT 连接心肌细胞与邻近细胞提供了直接的空间形态学证据。

图3 在经 LPS 刺激的心肌细胞与驻留细胞共培养体系中，MI-SIM 实时成像显示荧光信号沿 TNT 从心肌细胞向邻近细胞定向传输。该结果直接证实了 TNT 具有介导功能性物质跨细胞运输的能力。

图4 在 LPS 刺激后的心肌细胞与驻留细胞共培养体系中，借助 MI-SIM 观察到线粒体与 Drp1 蛋白沿 TNT 同步定向转移。这揭示了 Drp1 蛋白参与 TNT 介导的线粒体跨细胞运输过程。

图5 MI-SIM 动态成像显示，经 LPS 刺激后，野生型心肌细胞的微管与微丝向外延伸，形成 TNT 并介导线粒体转移；而在 Drp1 敲除组中，心肌细胞的细胞骨架延伸受阻，TNT 形成不完全。这一对比阐明了 Drp1 通过调控微管和微丝的动态重构，在驱动 TNT 形成及线粒体转运中发挥的关键作用。

除了本研究外，MI-SIM*（智能结构光超分辨显微镜）还能实现对其他各类细胞器和人工化学物质的超分辨级别拍摄，且无需特殊标记，即可实现 60 nm 分辨率的多通道超分辨成像。此外，还能在超分辨尺度以极高的时空分辨率观察线粒体等细胞器的各种动态过程。同时 MI-SIM 可兼容实现不同倍数、不同介质的超分辨动态捕捉。结合集成有多种高保真图像增强、AI识别、分割和去噪功能的 FINER 软件（通用型荧光图像分析软件），为活细胞及各类材料样本提供了一套完整的荧光超分辨成像解决方案。

* MI-SIM 为 HIS-SIM 产品升级版本的命名，MI 代表 Machine Intelligent。

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文献链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adz3266

关于超视计科技

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