施一公Science論文印證 | 活細胞定量FRET技術6年前精準預見凋亡機制！

引言：

線粒體外膜通透化（MOMP）是細胞凋亡的“生死開關”，其核心執行者——Bax蛋白的激活與寡聚化機制一直是生命科學領域的焦點。正常情況下，BAX 以單體形式存在于細胞質，C 端 α9 螺旋嵌入 α3-α5 形成的疏水凹槽中；凋亡刺激下，BAX 被 BH3-only 蛋白（如 tBID）激活，轉位至線粒體膜并寡聚化，導致細胞色素 c（Cyt c）等促凋亡因子釋放。

2025年6月26日，施一公院士團隊在Science正刊發表重磅研究，利用單顆粒冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）首次解析了激活態BAX寡聚體的高分辨率結構（3.2 ?），揭示了其由二聚體的二聚體構成基本重復單元，并通過α9螺旋“黏性末端”組裝成孔的結構基礎。

該結論與華南師范大學陳同生團隊早在2019年發表于Biochemical and Biophysical Research Communications的研究成果高度一致！更值得驕傲的是，我們采用了更貼近生理環境的活細胞動態監測技術——多高斯FRET分析與延時FRET成像！

一、 兩大研究的核心結論高度一致：Bax寡聚體是觸發MOMP的關鍵。

1. 施一公團隊（Science 2025，冷凍電鏡）：

o 核心發現：Bax激活后形成的基本功能單元是由兩個不對稱二聚體組成的“二聚體的二聚體”（a dimer of BAX dimers）。該單元通過α9螺旋“黏性末端”首尾連接形成線性或環形寡聚體，直接破壞線粒體外膜（MOM）（非傳統蛋白孔道）。破壞“BH3-in-groove”界面或α9-α9界面的突變會顯著損害孔形成能力。

o 結論：提出 α9 螺旋作為“黏性末端”驅動寡聚體延伸和環形閉合，解釋了 BAX 形態多樣性的結構基礎。揭示活化的BAX 通過重復單元組裝直接破壞 MOM，高效介導凋亡因子釋放。

o 意義：填補了BAX 寡聚體原子結構的空白，闡明了其模塊化組裝機制和形態靈活性的結構基礎，為理解凋亡通路提供了關鍵框架。

2. 陳同生團隊 (BBRC 2019，FRET)：

o 核心發現：首次在天然活細胞中提供直接證據，證明Bax二聚體足以觸發MOMP。 利用創新的多高斯FRET分析（Multi-Gaussian FRET Analysis）結合延時FRET成像（Time-lapse FRET imaging），團隊在單細胞水平實時捕捉到：

§ 線粒體上Bax同源二聚體（表現為~6% FRET效率峰）在MOMP（通過DiIC1(5)膜電位喪失指示）發生前約3分鐘形成。

§ Bax二聚體在MOMP啟動后6分鐘內轉化為四聚體（表現為~11% FRET效率峰），并伴隨MOMP完成（約10分鐘內）。

§ 統計分析顯示，絕大多數細胞的Bax二聚體形成均早于MOMP，而所有細胞的Bax四聚體形成均與MOMP進程同步或在其之后。

o 結論：Bax二聚體（而非必須四聚體）是觸發MOMP的充分條件，其后續寡聚化（如形成四聚體）可能參與孔道的穩定或擴大。

o 意義：解決了關于Bax最小功能單元（二聚體vs四聚體）的爭議，為凋亡早期分子事件提供了動態視角。

二、 核心結論對比與一致性：

三、 陳同生團隊研究的突出優勢與特色：FRET技術的魅力

    施一公團隊的冷凍電鏡工作是結構生物學的里程碑，完美揭示了Bax孔道的組裝藍圖。而本團隊在2019年的研究，則憑借獨特的多高斯FRET分析與活細胞延時成像技術，在時間與生理環境兩個維度上取得了不可替代的突破性發現，其優勢和特色鮮明： 

    1.生理環境下的動態監測：與冷凍電鏡的體外重構不同，我們的研究在完整的活細胞中進行。這確保了觀測到的Bax激活、轉位、寡聚化及MOMP發生在真實復雜的細胞信號網絡和線粒體環境中，結論更具生理相關性，避免了體外系統可能丟失的調控因素或產生的非生理性寡聚狀態。

    2.單細胞分辨率與毫秒級動態： Time-lapse FRET成像允許我們在單個活細胞中連續追蹤Bax的行為。Multi-Gaussian FRET分析則像一把“分子標尺”，精準解析了FRET效率（ED）的分布： 

    3.揭示關鍵時序關系：得益于高時間分辨率，我們首次精確捕捉到Bax二聚化與MOMP之間的因果時序：二聚體形成早于MOMP（平均提前3分鐘），而四聚體則在MOMP過程中或之后形成（平均在二聚體后6分鐘內）。這直接證明了二聚體是MOMP的觸發者。

四、 FRET技術：洞悉生命動態的前沿之眼

    施一公院士團隊的最新成果無疑是結構生物學的杰作，完美印證了我們團隊六年前基于FRET技術得出的科學預言。這不僅是對Bax觸發MOMP分子機制的完美閉環驗證，更是對活細胞定量FRET成像技術強大能力的支持！

    這種在天然、動態、定量層面研究蛋白質相互作用的技術平臺，具有極其廣闊的應用前景，可推廣至：

    ·其他Bcl-2家族蛋白的激活與相互作用研究。

                        · 受體酪氨酸激酶（RTK）的二聚化/寡聚化信號傳導。

                        · GPCR激活與信號復合物組裝。

                        · 任何需要在活細胞中定量、實時監測分子相互作用動態的生物學問題。

結語：

科學探索的征程中，不同技術路徑往往相互印證。施一公團隊冷凍電鏡的“結構之眼”與我們團隊FRET技術的“動態之眼”，共同照亮了Bax觸發凋亡的關鍵瞬間。活細胞定量FRET成像技術在揭示生命過程動態本質方面具有不可替代的強大優勢。未來，我們將繼續深耕和推廣這一技術平臺，致力于在更多生命科學前沿領域做出突破性貢獻。

參考文獻：