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冷凍電鏡加速世界對疾病機理的認知進程
隨著冷凍電鏡技術 (cryo-EM) 不斷地發展和成熟，越來越多的研究人員開始使用這一高精尖技術對現存的主要疾病開展基礎研究。冷凍電鏡因為可以瞬時冷凍樣品的特殊技術，可在近乎天然的狀態下對樣品進行高分辨率分析，從而獲得突破性的研究進展。現在，隨著技術的發展，冷凍電鏡儀器的操作難度降低、獲得的圖像分辨率更高，更有助于科學家快速取得突破性成果。
無論是例如阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥等神經退行性疾病，還是例如SARS-CoV-2等傳染性疾病，冷凍電鏡領導新的科學發現，并推動了疾病研究的邊界。僅僅在過去幾年內，就有大量使用冷凍電鏡的疾病研究發表。例如：
● SARS-CoV-2 的潛在藥物靶點：
幾項新的研究利用冷凍電鏡技術解析了與 SARS-CoV-2相關的病毒結構，SARS-CoV-2是引發次肺炎的冠狀病毒株。來自再生元公司的科學家使用冷凍電鏡確定了同時結合刺突蛋白受體結合域的兩個單體（REGN10933 和 REGN10987）的結構特征，加速了 SARS-CoV-2“抗體雞尾酒"療法的開發，并已進入人體試驗階段。布里斯托大學的科學家解析了 SARS-CoV-2刺突蛋白的三維結構，揭示了它與一種叫做亞油酸的必需脂肪酸之間的關系。美國國立衛生研究院 (NIH) 的研究人員使用冷凍電鏡技術解析了SARS-CoV-2 Nsp15的結構；加州大學伯克利分校的一個研究小組解析了SARS-CoV-2 3a離子通道在脂質納米盤中的高分辨率結構。這些研究成果使我們對SARS-CoV-2潛在的藥物靶點有更多的了解。
*SARS-CoV-2受體結合域（深藍色）與潛在的治療性抗體REGN10933（重鏈和輕鏈分別為綠色和青色）和 REGN10987（重鏈和輕鏈分別為黃色和紅色）結合的復合物。
● 帕金森病的研究進展：
加州大學圣地亞哥分校的研究人員采用冷凍電鏡和冷凍電子斷層掃描技術，揭示了與遺傳性帕金森病有關的一個關鍵蛋白，即富亮氨酸重復激酶2 (LRRK2)的分子細節。研究人員在天然的細胞環境中對該蛋白進行了高分辨率的成像，為未來的藥物設計提供了基本信息，從而進一步幫助這種困擾了整個世界1000多萬人口的衰竭性疾病的治療。
● 癌癥研究：
科學家利用冷凍電鏡技術解析了人CDK激活激酶 (CAK) 的詳細分子結構，這種分子復合物有可能是治療癌癥的一個藥物靶點。運用冷凍電鏡技術，科學家們揭示了CAK和其調節組件之間相互作用的結構。他們還獲得了CAK 與一種小分子抑制劑結合的復合物結構。
● 艾滋病疫苗開發：
科學家發現，單克隆抗體可以保護動物免受 HIV-1感染，這提示可以產生這些抗體的疫苗也可能在人類中發揮作用。利用抗體克隆和抗體-包膜復合物的冷凍電鏡結構，研究人員證實，用RC1免疫會擴大攜帶抗V3-聚糖貼片抗體的B細胞克隆，這些抗體類似于人類中和抗體的前體。因此，RC1可能是一種適用于連續疫苗接種策略的啟動免疫原。
僅舉幾例來說明科學家使用冷凍電鏡技術促進理解和治療疾病所取得的突破性研究成果。在接下來的時間里，隨著該技術變得更普及和更易使用，冷凍電鏡的應用范圍有望進一步擴大。