蛋白质聚集是神经退行性疾病的重要病理标志之一，但对活细胞内蛋白质聚集体的结构研究极富挑战。传统显微成像技术并不能揭示蛋白质结构，而荧光标记蛋白又可能影响目标蛋白的结构特性。

中红外光热显微成像技术通过用可见光来测量中红外吸收的光热信号，能够以亚微米分辨率“看见”活细胞中不同化学组分的红外光谱。红外光谱是最早用于测定蛋白质二级结构的手段之一，特别是酰胺I带（1600-1700 cm^-1）包含了丰富的蛋白质二级结构信息，如ɑ螺旋，β折叠，β转角和无规则卷曲。而在神经退行性疾病中，致病蛋白质错误折叠导致的构象异常都涉及到蛋白质β折叠二级结构的显著增加。

近日，美国波士顿大学的Ji-Xin Cheng和Ahmad Khalil团队合作，以亨廷顿舞蹈症为例， 应用中红外光热显微成像技术，实现了对活细胞中蛋白质聚集体的二级结构研究。

亨廷顿舞蹈症是由亨廷顿基因中胞嘧啶-腺嘌呤-鸟嘌呤（CAG）三核苷酸的异常扩增，导致变异蛋白含有过长的谷氨酰胺（polyQ）重复。作者基于polyQ重复越长，变异蛋白越容易聚集的特性， 在酿酒酵母中可控地表达不同重复长度的亨廷顿蛋白，并且选择性地加入了荧光蛋白标记。

首先，作者基于荧光强度随红外光热效应降低的特性，高通量地验证了亨廷顿蛋白质聚集体具有更多的β折叠二级结构。其次，借助荧光标记蛋白，作者发现亨廷顿聚集体的酰胺I带具有明显的β折叠增加的光谱特征，并定量分析了β折叠相对于ɑ螺旋含量的比率。基于蛋白质聚集体β折叠增加的光谱特性，作者通过多光谱中红外光热成像，以无标记的形式分析了亨廷顿蛋白质聚集体。

值得注意的是，相比于带有荧光蛋白标记的亨廷顿蛋白质聚集体，无标记方法确认的蛋白质聚集体在光谱上的峰移偏向于更低的波数。这与不同类型的β折叠相关，相较于绿色荧光蛋白的β-桶状结构，亨廷顿导致的淀粉样积聚体对应了更低的波数。据此，作者首次揭示了荧光蛋白标记对蛋白质聚集体结构的影响 ，并为无标记地研究蛋白质聚集体结构提供了一种新的思路。

最后，作者观察到亨廷顿聚集体的二级结构在空间上存在亚微米级的分区：中心是

β折叠丰富的核心，而边缘由ɑ螺旋主导。通过蓝光诱导光敏蛋白的多聚，作者推测此分区是由于阮病毒Rnq1与亨廷顿的共同聚集，并且有不同的聚集机制。

总而言之，本文以亨廷顿舞蹈症为例，建立了一系列基于中红外光热的对活细胞内蛋白质聚集体二级结构分析的方法，并有望延伸至其他生物聚集体或其他疾病模型，为蛋白质聚集结构的研究提供了新思路。