近日，中国科学院武汉病毒研究所崔宗强研究员与中国科学院生物物理研究所张先恩研究员、美国乔治梅森大学吴云涛教授合作，在纳米材料标记囊膜病毒示踪及HIV-1入侵细胞释放遗传物质方面取得重要研究进展。相关文章发表于美国化学会刊物ACSnano接收（IF:11.）。
研究意义该研究通过单病毒示踪技术，实时动态解析了单个艾滋病毒入侵人原代巨噬细胞过程，揭示了病毒核心释放这一瞬时动态分子事件的过程和机制，对深入理解艾滋病毒在重要天然宿主巨噬细胞中的感染机制具有重要意义，也将为开发新的抗病毒药物提供思路。
小编将通过几个知识点与大家一起学习理解这项研究的意义所在。
量子点标记示踪艾滋病毒有效侵染巨噬细胞途径
背景与知识点介绍病毒侵染机制的研究是病毒学研究中最基本和最重要问题之一。
单颗粒活病毒标记示踪技术为病毒侵染机制的研究提供了一种更为有效的方法和途径。通过将小荧光分子标记到病毒成分上“与病毒同行”，可以了解单个病毒粒子在整个感染过程中的命运，为研究病毒的入侵机制提供了更为直观的实验数据。
量子点荧光标记材料是一种新型的纳米晶体荧光材料。相对于普通的有机染料和荧光蛋白，量子点具有光学稳定性强、荧光强度高以及宽激发和窄发射等优势，已经被用于多种病毒的荧光标记和单颗粒示踪研究。但是现有方法存在着多种缺陷，限制了量子点在病毒单颗粒示踪，尤其是有囊膜病毒研究方面的应用。
示踪标记的瓶颈由于囊膜病毒需要在细胞内或者出细胞时获取囊膜，因此，现有的标记方法都是将量子点标记病毒的囊膜上。囊膜病毒的囊膜参与到受体结合、膜融合等多个有效感染必需环节，对其进行表面标记可能影响病毒侵染性。而量子点与细胞环境的相互作用也可能会改变病毒的侵染途径。此外，随着病毒膜融合过程的发生，量子点也随之脱落，无法实现长期示踪。
新突破与新进展武汉病毒所研究团队年在美国化学会刊物ACSnano上发文，以量子点-DNA探针特异性标记HIV慢病毒的基因组RNA。随着基因组RNA上包装信号与病毒衣壳蛋白的相互作用，量子点也被包装到病毒颗粒内部。
研究证实，这种量子点包装策略对于病毒的进胞效率几乎没有影响，可以用于囊膜病毒的标记示踪。而且，由于量子点在膜融合之后仍然存在于病毒衣壳内，在病毒膜融合后期环节的示踪上有着潜在优势。该方法的建立有望推动纳米材料中病毒学研究中的应用和囊膜病毒侵染机制的研究。
文献速览研究人员首先建立了细胞辅助的病毒包装荧光量子点技术。在HIV-1病毒组装过程中，病毒Vpr蛋白被生物素化并与链霉亲和素修饰的量子点（SA-QDs）特异结合，包装进入成熟的病毒粒子中，从而获得病毒锥形核心内包装量子点的艾滋病毒，该病毒可用于单颗粒病毒长时间实时示踪。
Figure1.ConstructionandcharacterizationofHIV-1-QDs.
结合病毒囊膜以及细胞组分等多重荧光标记，实时动态观察到单个HIV-1病毒内吞入侵人原代巨噬细胞过程（图2）。
并且发现，病毒囊膜通过与初级内体膜发生融合，释放病毒核心实现病毒的有效感染（图3-图5）。
一系列药物抑制实验证实了该过程对病毒建立有效感染的重要作用（补充材料）。此外，研究人员也发现细胞微丝结构对HIV-1入侵人原代巨噬细胞建立有效感染具有重要作用(图6)。
Figure2.Real-timeimagingofHIV-1-QDparticleendocyticentryintoTZM-bl
cellsandmacrophages
Figure3.DynamiccolocalizationofHIV-1-QDsandEGFP-Clathrin-or
EGFP-Rab5A-markedendosomesinmacrophages
Figure4.Real-timeimagingoftheHIV-1-QDviralcorereleasefromtheenvelopemembrane
Figure5.VisualizationofHIV-1dynamicproductiveentryviafusionoftheviralenvelopewithRab5A-positiveendosomes
Figure6.TheroleofactininHIV-1-QDsentryintomacrophages
该研究实时动态解析了单个艾滋病毒入侵人原代巨噬细胞过程，揭示了病毒核心释放这一瞬时动态分子事件的过程和机制，对深入理解艾滋病毒在重要天然宿主巨噬细胞中的感染机制具有重要意义，也将为开发新的抗病毒药物提供思路。
ABSTRCT：Macrophagesareoneofthemajortargetsofhumanimmunodeficiencyvirus(HIV-1),buttheviralentrypathwayremainspoorlyunderstoodinthesecells.Noninvasiveviruslabelingandsingle-virustrackingareeffectivetoolsforstudyingvirusentry.Here,weconstructedaquantumdot(QD)-encapsulatedinfectiousHIV-1particletotrackviralentryatasingle-particlelevelinlivehumanprimarymacrophages.QDswereencapsulatedinHIV-1virionsbyincorporatingviralaccessoryproteinVpr-conjugatedQDsduringvirusassembly.WiththeHIV-1particlesencapsulatingQDs,wemonitoredtheearlyphaseofviralinfectioninrealtimeandobservedthat,duringinfection,HIV-1wasendocytosedinaclathrin-mediatedmanner;theparticlesweretranslocatedintoRab5A-positiveendosomes,andthecorewasreleasedintothecytoplasmbyviralenvelope-mediatedendosomalfusion.DruginhibitionassaysverifiedthatendosomefusioncontributestoHIV-1productiveinfectioninprimarymacrophages.Additionally,weobservedthatadynamicactincytoskeletoniscriticalforHIV-1entryandintracellularmigrationinprimarymacrophages.HIV-1dynamicsandinfectioncouldbeblockedbymultipledifferentactininhibitors.Ourstudyrevealedaproductiveentrypathwayinmacrophagesthatrequiresbothendosomalfunctionandactindynamics,whichmayassistinthedevelopmentofinhibitorstoblocktheHIVentryinmacrophages.
参考文献：
EncapsulatingQuantumDotsintoEnvelopedVirusinLivingCellsforTrackingVirusInfection
