異質(zhì)性是細(xì)胞膜生物物理化學(xué)最重要的特性之一。細(xì)胞膜上富含膽固醇/鞘脂的高度動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)域，被稱為脂筏。脂筏充當(dāng)信號(hào)分子組裝平臺(tái)，參與多種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程。由于脂筏的高度動(dòng)態(tài)特性，目前的成像技術(shù)難以對(duì)膜上的脂筏進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，因此脂筏動(dòng)態(tài)組裝過(guò)程與下游信號(hào)通路間的定量關(guān)聯(lián)尚無(wú)法建立。華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院李迪教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于發(fā)展利用各種物理或化學(xué)方法擾動(dòng)脂筏，探索脂筏的成分、尺寸、壽命等物理參數(shù)與下游信號(hào)通路間的關(guān)聯(lián)。

近期，李迪教授與中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心葛一凡副研究員合作，提出利用局域溫度變化擾動(dòng)細(xì)胞膜功能域分布的策略。利用DNA折紙技術(shù)制備了兼具高空間分辨和化學(xué)分辨的光熱響應(yīng)分子工具，通過(guò)近紅外激光操縱局部脂質(zhì)環(huán)境溫度來(lái)擾動(dòng)脂筏的相分離程度（圖1）。相關(guān)研究工作以“高空間分辨熱操縱細(xì)胞膜異質(zhì)性改變細(xì)胞遷移及信號(hào)通路（High Spatial-resolved Heat Manipulating Membrane Heterogeneity Alters Cellular Migration and Signaling）”為題，發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）雜志上 (PNAS, 2023, 120,e2312603120)，

論文鏈接：https://doi.org/10.1073/pnas.2312603120。

（A）通過(guò)整合矩形DNA折紙支架、Au納米棒和各種適體設(shè)計(jì)納米加熱器。（B）通過(guò)CTxB或TfR適體將納米加熱器定位在脂質(zhì)筏或非筏結(jié)構(gòu)域，然后引入808 nm激光來(lái)激活納米加熱器。（C）矩形DNA折紙和Au-NR負(fù)載的DNA折紙的AFM圖像。（標(biāo)尺：120nm）。（D）Au NRs、ss-DNA修飾的Au NRs、Au NR負(fù)載的DNA折紙和DNA折紙的Zeta電位。（E）含有納米加熱器的緩沖溶液在用808 nM激光連續(xù)照射1分鐘后的溫度變化。（F）脂筏錨定的納米加熱器和非筏錨定的納米加熱器在MCF-7細(xì)胞膜上的雙色超分辨成像。（標(biāo)尺：10 μm，放大：2 μm）。（G）蛋白質(zhì)印跡分析不同處理后HSP70的表達(dá)水平。

研究發(fā)現(xiàn)，局部熱擾動(dòng)導(dǎo)致的膜流動(dòng)性變化會(huì)改變膜相分離程度，進(jìn)而影響細(xì)胞遷移行為。其中，對(duì)非脂筏域的熱擾動(dòng)能夠顯著增加細(xì)胞遷移能力。分子機(jī)制研究表明，細(xì)胞行為變化與整合素重新分布相關(guān)。區(qū)域選擇性加熱改變了細(xì)胞膜脂筏域和非脂筏域的界面線張力，穩(wěn)定或失穩(wěn)整合素成簇，進(jìn)而影響與細(xì)胞遷移密切相關(guān)的黏著斑，導(dǎo)致不同的遷移行為變化（圖2）。

與以往研究不同，該工作首次探討了在不干擾質(zhì)膜磷脂構(gòu)成的情況下通過(guò)構(gòu)建高空間分辨率的溫度差異，利用物理因素調(diào)控細(xì)胞膜異質(zhì)性程度，探索其下游信號(hào)通路關(guān)系。該工作開(kāi)發(fā)的分子工具可用于探索細(xì)胞膜異質(zhì)性與細(xì)胞功能間關(guān)系，建立細(xì)胞膜理化參數(shù)與細(xì)胞功能間的關(guān)聯(lián)。

本研究中關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一“分子工具與細(xì)胞膜不同功能域的空間共定位”是在廣州微視光學(xué)科技公司的直接隨機(jī)光學(xué)重建（dSTORM）上采集的（圖1F）。李迪教授團(tuán)隊(duì)采購(gòu)了微視光學(xué)科技公司在國(guó)內(nèi)銷售的第一臺(tái)STORM-AFM聯(lián)用顯微鏡，該顯微鏡在雙色熒光共定位消色差、光學(xué)系統(tǒng)集成等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。