施一公Science论文印证 | 活细胞定量FRET技术6年前精准预见凋亡机制！

引言：

线粒体外膜通透化（MOMP）是细胞凋亡的“生死开关”，其核心执行者——Bax蛋白的激活与寡聚化机制一直是生命科学领域的焦点。正常情况下，BAX 以单体形式存在于细胞质，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，转位至线粒体膜并寡聚化，导致细胞色素 c（Cyt c）等促凋亡因子释放。

2025年6月26日，施一公院士团队在Science正刊发表重磅研究，利用单颗粒冷冻电子显微镜（cryo-EM）首次解析了激活态BAX寡聚体的高分辨率结构（3.2 Å），揭示了其由二聚体的二聚体构成基本重复单元，并通过α9螺旋“黏性末端”组装成孔的结构基础。

该结论与华南师范大学陈同生团队早在2019年发表于Biochemical and Biophysical Research Communications的研究成果高度一致！更值得骄傲的是，我们采用了更贴近生理环境的活细胞动态监测技术——多高斯FRET分析与延时FRET成像！

一、 两大研究的核心结论高度一致：Bax寡聚体是触发MOMP的关键。

1. 施一公团队（Science 2025，冷冻电镜）：

o 核心发现：Bax激活后形成的基本功能单元是由两个不对称二聚体组成的“二聚体的二聚体”（a dimer of BAX dimers）。该单元通过α9螺旋“黏性末端”首尾连接形成线性或环形寡聚体，直接破坏线粒体外膜（MOM）（非传统蛋白孔道）。破坏“BH3-in-groove”界面或α9-α9界面的突变会显著损害孔形成能力。

o 结论：提出 α9 螺旋作为“黏性末端”驱动寡聚体延伸和环形闭合，解释了 BAX 形态多样性的结构基础。揭示活化的BAX 通过重复单元组装直接破坏 MOM，高效介导凋亡因子释放。

o 意义：填补了BAX 寡聚体原子结构的空白，阐明了其模块化组装机制和形态灵活性的结构基础，为理解凋亡通路提供了关键框架。

2. 陈同生团队 (BBRC 2019，FRET)：

o 核心发现：首次在天然活细胞中提供直接证据，证明Bax二聚体足以触发MOMP。 利用创新的多高斯FRET分析（Multi-Gaussian FRET Analysis）结合延时FRET成像（Time-lapse FRET imaging），团队在单细胞水平实时捕捉到：

§ 线粒体上Bax同源二聚体（表现为~6% FRET效率峰）在MOMP（通过DiIC1(5)膜电位丧失指示）发生前约3分钟形成。

§ Bax二聚体在MOMP启动后6分钟内转化为四聚体（表现为~11% FRET效率峰），并伴随MOMP完成（约10分钟内）。

§ 统计分析显示，绝大多数细胞的Bax二聚体形成均早于MOMP，而所有细胞的Bax四聚体形成均与MOMP进程同步或在其之后。

o 结论：Bax二聚体（而非必须四聚体）是触发MOMP的充分条件，其后续寡聚化（如形成四聚体）可能参与孔道的稳定或扩大。

o 意义：解决了关于Bax最小功能单元（二聚体vs四聚体）的争议，为凋亡早期分子事件提供了动态视角。

二、 核心结论对比与一致性：

三、 陈同生团队研究的突出优势与特色：FRET技术的魅力

    施一公团队的冷冻电镜工作是结构生物学的里程碑，完美揭示了Bax孔道的组装蓝图。而本团队在2019年的研究，则凭借独特的多高斯FRET分析与活细胞延时成像技术，在时间与生理环境两个维度上取得了不可替代的突破性发现，其优势和特色鲜明： 

    1.生理环境下的动态监测：与冷冻电镜的体外重构不同，我们的研究在完整的活细胞中进行。这确保了观测到的Bax激活、转位、寡聚化及MOMP发生在真实复杂的细胞信号网络和线粒体环境中，结论更具生理相关性，避免了体外系统可能丢失的调控因素或产生的非生理性寡聚状态。

    2.单细胞分辨率与毫秒级动态： Time-lapse FRET成像允许我们在单个活细胞中连续追踪Bax的行为。Multi-Gaussian FRET分析则像一把“分子标尺”，精准解析了FRET效率（ED）的分布： 

    3.揭示关键时序关系：得益于高时间分辨率，我们首次精确捕捉到Bax二聚化与MOMP之间的因果时序：二聚体形成早于MOMP（平均提前3分钟），而四聚体则在MOMP过程中或之后形成（平均在二聚体后6分钟内）。这直接证明了二聚体是MOMP的触发者。

四、 FRET技术：洞悉生命动态的前沿之眼

    施一公院士团队的最新成果无疑是结构生物学的杰作，完美印证了我们团队六年前基于FRET技术得出的科学预言。这不仅是对Bax触发MOMP分子机制的完美闭环验证，更是对活细胞定量FRET成像技术强大能力的支持！

    这种在天然、动态、定量层面研究蛋白质相互作用的技术平台，具有极其广阔的应用前景，可推广至：

    ·其他Bcl-2家族蛋白的激活与相互作用研究。

                        · 受体酪氨酸激酶（RTK）的二聚化/寡聚化信号传导。

                        · GPCR激活与信号复合物组装。

                        · 任何需要在活细胞中定量、实时监测分子相互作用动态的生物学问题。

结语：

科学探索的征程中，不同技术路径往往相互印证。施一公团队冷冻电镜的“结构之眼”与我们团队FRET技术的“动态之眼”，共同照亮了Bax触发凋亡的关键瞬间。活细胞定量FRET成像技术在揭示生命过程动态本质方面具有不可替代的强大优势。未来，我们将继续深耕和推广这一技术平台，致力于在更多生命科学前沿领域做出突破性贡献。

参考文献：