镰刀型细胞贫血症（Sickle cell anemia; SCA）是一种遗传性的血红蛋白疾病，目前发达国家的SCA患者的平均寿命不到60岁。正常血红蛋白由两个-珠蛋白和两个-珠蛋白构成；单个核苷酸突变导致-珠蛋白的第6位谷氨酸被缬氨酸替代，形成结构异常的血红蛋白S（HbS）。在缺氧状态下，HbS分子间相互作用，形成溶解度很低的多聚体，从而使得红细胞发生扭曲变形为镰刀状。这种镰刀状红细胞的变形能力很差，不易通过较细的毛细血管，容易导致溶血性贫血等症状发生。

  目前相关研究，通过多种单细胞生物力学性质探测的技术已较为明确，镰刀型细胞的刚性相比正常红细胞显著增大，从力学角度部分解释了镰刀型细胞的较弱变形能力。目前认为，镰刀型细胞的刚性增大是由于细胞内HbS聚集体的形成，而HbS聚集体以外的结构-红细胞被膜（包括细胞质膜、细胞膜骨架和结合在质膜/膜骨架上的血红蛋白等）在镰刀型细胞的刚性增大中是否有贡献的科学问题一直没有解决。

图1. 红细胞（左）和红细胞膜鬼影（右）的原子力显微镜成像（多个细胞、单个细胞、单细胞局部放大）

上排：正常红细胞；下排：镰刀型细胞

  南昌大学高等研究院的陈勇研究员课题组与美国纽约州立大学下州医学中心（SUNY Downstate Medical Center）细胞生物学系的蒋宪成教授团队就上述科学问题开展合作研究，深入探究 SCA患者的血脂状况，利用原子力显微技术（atomic force microscopy; AFM）对单个镰刀型细胞和正常红细胞及它们的膜鬼影（membrane ghosts，即没有细胞内成分的红细胞被膜）的形貌和生物力学性质（刚性）进行了纳米尺度的探测；使用环糊精剔除细胞质膜上的部分脂质来人为改变细胞被膜的组成后进行验证。研究结果表明红细胞被膜（包括红细胞质膜、细胞膜骨架和结合在质膜和膜骨架上的血红蛋白等）在镰刀型细胞的刚性增大（甚至在正常红细胞的刚性）中的作用不可忽视。该研究结果对于深入理解正常红细胞的刚性、镰刀型细胞的刚性增加，以及镰刀型细胞贫血症的病理机制等有着重要的科学意义。

图2.研究工作主要发现的示意图

   该合作研究的部分成果近期发表于国际知名学术期刊BMC Biology（DOI:10.1186/s12915-023-01523-3）,陈勇研究员与蒋宪成教授为论文共同通讯作者，南昌大学为成果第一署名单位。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、江西省自然基金项目和美国VA Merit基金项目的资助。

   BMC Biology是BMC出版集团的旗舰刊物之一，是经典的生物学综合期刊，涵盖生物学全领域，近年来一直被认定为中科院一区期刊。

   论文原文链接（点击网址查看）： 

   https://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-023-01523-3