據(jù)悉，阿爾茲海默癥（AD）是一種可導(dǎo)致癡呆的神經(jīng)退行性疾病。在有關(guān)阿爾茲海默癥疾病機理的眾多假說中，淀粉樣肽（Amyloid）假說認為是大腦中的Aβ蛋白發(fā)生了錯折疊，引起級聯(lián)反應(yīng)，最終殺死神經(jīng)元，形成了淀粉樣蛋白沉淀。如此一來，針對淀粉樣蛋白沉淀的觀測則成為研究疾病的關(guān)鍵。目前的顯微成像技術(shù)需要借助熒光劑或染料對蛋白斑進行標(biāo)記，從而觀測淀粉樣斑塊及腦組織圖像，但像熒光劑這樣的外來分子既有可能影響原本的生化過程，又不利于對新鮮組織的長時間觀測。因此，發(fā)展無需引入外來分子進行標(biāo)記的技術(shù)將有利于淀粉樣蛋白沉淀的順利研究，從而推動阿爾茲海默癥的預(yù)防治療進程。

　　該工作由復(fù)旦大學(xué)季敏標(biāo)課題組、哈佛大學(xué)謝曉亮課題組和美國麻省總醫(yī)院（MGH）Brian Bacskai課題組合作完成。復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系為論文的第一完成單位，季敏標(biāo)、謝曉亮和Bacskai為共同通訊作者。研究工作獲得了復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系、應(yīng)用表面物理國家重點實驗室、國家重點研發(fā)計劃、基金委面上項目和上海市科技創(chuàng)新行動計劃的支持。

　　技術(shù)進步：“要了解，首先要看到”

　　有關(guān)阿爾茨海默癥的統(tǒng)計顯示，中國的保守數(shù)據(jù)有500萬人，65歲以上人群發(fā)病率為5%，80歲以上發(fā)病率超過30%。而發(fā)病后，一般存活年限平均僅為5.5年，且絕大部分患者生活質(zhì)量低下。針對阿爾茲海默癥的精準(zhǔn)診斷十分重要。

　　要想觀測形成于阿爾茲海默癥患者腦中的蛋白沉淀，通常需要加入一個標(biāo)記，因為蛋白沉淀跟其他物質(zhì)之間的區(qū)別不甚明朗，所以需要用染料讓特定的結(jié)構(gòu)（蛋白沉淀）顯現(xiàn)出特定的顏色，使得目標(biāo)發(fā)光。但是這種方法存在顯著缺點：外來分子如熒光劑等，本身并不穩(wěn)定，不僅會隨時間的推移發(fā)生變化，還很有可能影響觀測對象的本身的性質(zhì)，使其發(fā)生改變。

　　有沒有可以不加染料、不引入外來分子的干涉，直接準(zhǔn)確地觀察淀粉樣蛋白沉淀本來面目的方法？ 

　　受激拉曼散射（SRS）顯微技術(shù)是謝曉亮課題組于2008年研發(fā)的新型成像技術(shù)，可利用分子中化學(xué)鍵/基團的光譜性質(zhì)進行選擇性成像。各個不同的分子就像不同的電臺一樣，擁有自己的振動頻率，在知道想聽哪個頻道的前提下去尋找便容易許多。提前設(shè)定已知分子的振動頻率，再去探測這種分子，便是受激拉曼散射（SRS）顯微技術(shù)的訣竅。

　　由于阿爾茲海默癥患者的蛋白發(fā)生了錯折疊，導(dǎo)致其分子頻率發(fā)生了變化，產(chǎn)生了小范圍的位移，于是提前設(shè)定好蛋白發(fā)生錯折疊后的頻率，就可以將其與正常蛋白區(qū)分出來。

　　“要了解一個東西，首先需要看到它。”季敏標(biāo)介紹，課題組將受激拉曼散射（SRS）顯微技術(shù)用于阿爾茲海默癥的蛋白沉淀觀測。相比加入熒光劑來觀測蛋白沉淀，受激拉曼散射（SRS）顯微技術(shù)由于只依賴分子本身的性質(zhì)，并不會受到光漂白的影響，也沒有任何外來物質(zhì)的干擾，還不需要對樣品做出一些很復(fù)雜的處理，因此更適合做長時間的活體觀察。

　　為了進一步驗證該技術(shù)的準(zhǔn)確性，研究團隊在同一張組織切片中對比受激拉曼成像與加入標(biāo)記后顯現(xiàn)的圖像，結(jié)果表明兩者對淀粉樣斑塊的檢測能力幾乎相同。此外，課題組還在新鮮組織中對比了受激拉曼成像和用染料標(biāo)記的熒光成像結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者對斑塊形態(tài)的檢測完全一致。由此可見，受激拉曼散射（SRS）顯微技術(shù)與傳統(tǒng)的借助熒光劑對目標(biāo)進行標(biāo)記的方法在結(jié)果上是相同的。

　　學(xué)科交叉：物理學(xué)與生物醫(yī)學(xué)碰撞形成研究新思路

　　SRS作為一種不需要引入外來物質(zhì)進行標(biāo)記、高靈敏度和分子選擇性的顯微技術(shù)被越來越廣泛的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究，包括脂質(zhì)代謝、腫瘤探測和快速病理檢測等領(lǐng)域。通常來說，SRS可以很好地區(qū)分幾大類生物大分子（如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等），因此可以從技術(shù)層面幫助人們更好地理解阿爾茲海默癥的發(fā)展過程，為優(yōu)化阿茲海默癥等疾病診斷方法提供全新的技術(shù)手段，也為疾病的治療與預(yù)防帶來新的可能。

　　圖（a）受激拉曼顯鏡示意圖。（b）酰胺I譜區(qū)測得的淀粉樣斑塊及腦組織圖像。藍色：普通蛋白；綠色：脂質(zhì)；紫色：淀粉樣蛋白。（c）對應(yīng)的CH譜區(qū)圖像，只能區(qū)分總蛋白（紫色）和脂質(zhì)（綠色）。（央廣網(wǎng)發(fā) 復(fù)旦大學(xué)提供）

　　有趣的是，課題組在SRS圖像中發(fā)現(xiàn)，每個淀粉樣斑塊周圍都形成了富含脂質(zhì)的暈狀結(jié)構(gòu)。“這種現(xiàn)象從未被之前的標(biāo)記方法所觀察到，因為它們往往只標(biāo)記固定蛋白的結(jié)構(gòu)。而SRS不受此限制，觀察的范圍更廣闊，因而可以發(fā)現(xiàn)被標(biāo)記對象之外的更豐富的組織形態(tài)和化學(xué)組分信息。”季敏標(biāo)說。

　　物理學(xué)光學(xué)與生物醫(yī)學(xué)攜手，為阿爾滋海默癥的研究提供全新技術(shù)支持。該項研究成果首次將受激拉曼成像技術(shù)用于探測不同二級結(jié)構(gòu)的蛋白分子，為阿爾茲海默癥的研究提供一種新的思路；同時，該方法也有望用于探索其他與蛋白錯折疊相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，包括帕金森和亨丁頓疾病等。

　　季敏標(biāo)課題組主要從事非線性光譜學(xué)和生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究。在生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)領(lǐng)域主要發(fā)展多種非線性光學(xué)顯微成像技術(shù)，并將它們應(yīng)用于腫瘤組織病理學(xué)檢測和脂質(zhì)代謝等生物醫(yī)學(xué)問題；在非線性光譜學(xué)領(lǐng)域主要研究新型二維材料的非線性光學(xué)性質(zhì)，以及材料的超快載流子和聲子動力學(xué)等。