卡波西肉瘤相关疱疹病毒感染的内皮细胞的黏弹性和形态特性研究
卡波西肉瘤相关疱疹病毒（Kaposi’s sarcoma-associated herpesvirus, KSHV）是一种γ-疱疹病毒，主要感染内皮细胞，并导致卡波西肉瘤（Kaposi’s sarcoma, KS）的发生，尤其是在HIV感染者中。卡波西肉瘤是一种以内皮细胞增殖为特征的恶性肿瘤，通常表现为皮肤病变。KSHV感染内皮细胞后，会引发显著的细胞形态和力学特性的变化，这些变化可能作为早期诊断和治疗标记物。然而，目前对这些变化的定量研究仍然有限，特别是在细胞力学特性方面的研究较少。因此，本研究旨在通过定量分析KSHV感染后内皮细胞的形态和力学变化，探索这些变化作为诊断和治疗靶点的潜力。
论文来源
本论文由Majahonkhe M. Shabangu、Melissa J. Blumenthal、Danielle T. Sass、Dirk M. Lang、Georgia Schafer和Thomas Franz共同撰写。作者来自开普敦大学（University of Cape Town）的生物医学工程研究中心、国际遗传工程与生物技术中心（International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology）等多个研究机构。论文于2025年4月5日发表在《Cellular and Molecular Bioengineering》期刊上，DOI为10.1007/s12195-025-00848-z。
研究流程
1. 细胞培养与病毒感染
研究使用了两种内皮细胞系：血管内皮细胞（HUVEC衍生的HuARLT2细胞）和淋巴内皮细胞（LEC）。这些细胞通过离心接种法（spinoculation）感染了重组KSHV（rKSHV），建立了稳定的感染模型（HuARLT2-rKSHV和LEC-rKSHV）。感染后，细胞在含有嘌呤霉素（puromycin）的选择培养基中培养至少两周，以确保稳定的病毒感染。
2. 线粒体追踪微流变学（Mitochondria-Tracking Microrheology, MTM）
为了研究感染后细胞的力学特性，研究使用了线粒体追踪微流变学技术。细胞被染色后，使用共聚焦显微镜进行活细胞成像，记录线粒体的运动轨迹。通过分析线粒体的均方位移（Mean Squared Displacement, MSD）及其幂律指数（α），研究人员评估了细胞内环境的粘弹性特性。
3. 细胞形态分析
研究通过相差显微镜和荧光显微镜获取了感染和未感染细胞的图像，并使用Fiji软件进行图像处理。通过测量细胞的纵横比（aspect ratio）、圆度（roundness）和圆形度（circularity），定量分析了感染后细胞的形态变化。
4. 数据分析
研究使用Python和GraphPad Prism进行统计分析，评估了感染和未感染细胞在形态和力学特性上的差异。通过Shapiro-Wilk检验评估数据的正态性，并使用Welch’s t检验或Mann-Whitney U检验进行组间比较。
主要结果
1. 细胞形态变化
研究发现，KSHV感染显著增加了HuARLT2和LEC细胞的纵横比，同时降低了圆度和圆形度。具体而言，HuARLT2-rKSHV细胞的纵横比增加了29.7%，圆度降低了26.1%，圆形度降低了25.7%。LEC-rKSHV细胞也表现出类似的形态变化，尽管变化幅度较小。
2. 细胞力学特性
线粒体追踪微流变学分析显示，KSHV感染显著增加了细胞的变形能力，表现为短滞后时间（τ = 0.19 s）下MSD的增加。HuARLT2-rKSHV和LEC-rKSHV细胞的MSD分别比未感染细胞高49.4%和42.2%。此外，感染细胞的MSD幂律指数（α）显著降低，表明细胞质粘度增加。
结论
本研究表明，KSHV感染内皮细胞后，会引发显著的形态和力学特性变化，这些变化可能作为早期诊断卡波西肉瘤的生物标记物。特别是，细胞变形能力的增加和细胞质粘度的变化，可能为开发新的治疗策略提供了重要线索。此外，研究还发现，与血管内皮细胞相比，淋巴内皮细胞在感染后的形态变化较小，但其力学特性的变化更为显著，这表明细胞内力学特性可能比形态变化更能敏感地反映KSHV感染。
研究亮点
- 定量分析KSHV感染后的细胞形态和力学变化：本研究首次通过定量方法，系统分析了KSHV感染内皮细胞后的形态和力学特性变化，为卡波西肉瘤的早期诊断提供了新的思路。
- 线粒体追踪微流变学技术的应用：研究使用了创新的线粒体追踪微流变学技术，能够精确测量细胞内的粘弹性特性，为研究病毒感染的细胞力学机制提供了新的工具。
- 细胞力学特性作为诊断标记物的潜力：研究发现，KSHV感染后细胞的力学特性变化比形态变化更为显著，这为开发基于细胞力学特性的诊断方法提供了理论依据。
研究价值
本研究不仅加深了对KSHV感染机制的理解，还为卡波西肉瘤的早期诊断和治疗提供了新的思路。特别是，细胞力学特性的变化可能成为未来开发无创诊断工具的重要靶点。此外，研究中使用的高通量微流变学技术，也为其他病毒感染和癌症研究提供了新的方法学参考。
其他有价值的信息
研究数据和分析代码已公开发布在开普敦大学的ZivaHub数据仓库中，供其他研究人员参考和使用。此外，研究还得到了南非国家研究基金会（National Research Foundation of South Africa）等多个机构的资助，确保了研究的顺利进行。
通过本研究，科学家们不仅揭示了KSHV感染内皮细胞的生物力学机制，还为未来开发基于细胞力学特性的诊断和治疗策略奠定了基础。