D8 VENTURE SC-XRD疾病篇：與疾病相關的晶體

  前幾日讀到一份特殊的報導：比利時根特大學、Flanders生物技術研究所（VIB）和Argenx生物技術公司的科學家們(men) 合作，發現哮喘和鼻炎病人粘液中的天然CLC晶體(ti) 是引起過度炎症的根源, 解開了與(yu) 哮喘、過敏性鼻炎等呼吸道炎症有關(guan) 的一個(ge) 世紀謎團，並以此為(wei) 基礎，開發出一種有效逆轉疾病的潛在創新療法，發表在新一期的《Science》上。（來源：學術經緯）

 ▲圖1：從(cong) 慢性鼻-鼻竇炎伴鼻息肉的患者中取得黏液團塊，獲取CLC進行晶體(ti) 結構分析（圖片來源： Emma Persson et al., (2019) Proteincrystallization promotes type 2 immunity and is reversible by antibodytreatment. Science）

  不過讓我吃驚的是，黏液中的CLC晶體(ti) 早在1853年就已經被發現，而且居然是一種天然的蛋白晶體(ti) （半乳糖凝集素-10，Gal10）。不僅(jin) 如此，科學家們(men) 還用它直接做了衍射，並且解析了2.1 Å高分辨率的結構。瞬間覺得Science就在身邊。作為(wei) 一個(ge) 研究蛋白晶體(ti) 出身的科學民工，從(cong) 來沒想到過人體(ti) 裏居然會(hui) 有天然的蛋白晶體(ti) 這麽(me) 好的研究對象…

  於(yu) 是我開始在鼻腔粘液中搜索CLC晶體(ti) (不適者請略過)，然而一無所獲，十分失望…

  除了這種罕見的天然蛋白晶體(ti) CLC，身體(ti) 裏還是存在很多其它晶體(ti) 與(yu) 疾病相關(guan) 的。比如：痛風患者關(guan) 節中的尿酸晶體(ti) ，腎結石，膽結石，動脈粥樣硬化中的膽固醇晶體(ti) 等。尤其是腎結石，現在患病的年輕人越來越多，而我也不幸的是其中的一個(ge) 。不疼的時候就是萬(wan) 物和諧歲月靜好，疼起來就是讓人崩潰。

  腎結石也有很多種類型，根據成分的不同，可分為(wei) 草酸鈣結石，磷酸鈣結石，尿酸結石，磷酸銨鎂結石，胱氨酸結石以及嘌呤結石等。不同的結石有不同的病因，相應預防和治療的方法也有所不同。在經曆了上次手術之後，醫生幫我取了些樣品做成分分析，然後就沒有然後了……於(yu) 是隻好自己開啟生活科學模式，嚐試用D8 VENTRUE快速鑒定腎結石的成分，以期能夠對症治療，避免複發。

樣品：

  一小塊腎結石

實驗儀(yi) 器：

  D8 VENTURE Iμs 3.0 Cu/Mo 靶PHOTON II 探測器

方法：

1、粉末XRD物相分析鑒定：

  顯微鏡下的結石，是一塊粗糙的淡黃色，塊狀物體(ti) 。可以肯定的是這肯定不是一顆單晶。於(yu) 是借助手術刀，暴力粉碎得到一塊大約0.3 mm的小塊，使用Cu靶，按照單晶衍射儀(yi) 測定粉末XRD的Gandolfi-like方法來進行數據采集。使用Phi 360 scan獲得三張不同2theta角的衍射圖，並在APEX3 的 Integrate Debye Rings中進行合並，積分獲得粉末衍射的一維特征圖譜，輸出.raw文件。

  ▲圖2 D8 VENTURE 單晶衍射儀(yi) 粉末XRD測試流程

  大約4分鍾的時間，D8 VENTURE成功地采集到了清晰的二維粉末衍射圖譜。將導出的.raw文件借助DIFFRACT.EVA軟件進行物相分析，可得出該結石不是單一種晶體(ti) 的純相，而是單水草酸鈣和雙水草酸鈣晶體(ti) 的混合，且大部分為(wei) 單水草酸鈣。

 ▲圖 3  APEX3 Debye rings 積分和Diffract.Eva物相分析。（特別鳴謝我們(men) 帥帥的王通博士）

2、單晶晶胞參數和結構測試

  對於(yu) 一個(ge) 結構控來說，僅(jin) 僅(jin) 是XRD物相分析是不夠的。如果在顯微鏡下把放大倍數放大，可看到在結石的邊緣有些類似片狀的單晶存在。於(yu) 是繼續壓碎，並在顯微鏡下仔細挑選三個(ge) 較為(wei) 規則的晶體(ti) ，大小約為(wei) 50um * 50 um * 5 um。挑選的晶體(ti) 在Mo靶上進行測試，曝光時間1s/1° ，3min獲得高分辨率，完整度接近100%的數據。

 ▲圖4：雙水草酸鈣的單晶結構

  三個(ge) 晶體(ti) 的晶胞參數均為(wei) a = b = 12.3534(6) ，c = 7.3450(4) 的四方晶體(ti) ，空間群為(wei) I4/m。結構分析表明，在雙水草酸鈣結構框架孔隙的中央，存在額外遊離，無序的水分子。因而該組分實際為(wei) CaC₂O₄（H₂O）2.375。然而幾經嚐試都沒有挑到單水草酸鈣的單晶，推測單水草酸鈣的結晶顆粒較小，大多為(wei) 多晶的形式存在。

  不得不說，醜(chou) 陋的外表下，居然有這麽(me) 漂亮的結構，而且還有孔隙…

實驗結論：

  通過D8 VENTURE測試的粉末XRD，以及單晶衍射數據，可以快速鑒定出該結石的主要成分，以及晶型和晶體(ti) 結構。該結石實際為(wei) 常見的單水草酸鈣和雙水草酸鈣的混合晶體(ti) ，且雙水草酸鈣晶體(ti) 有很大部分為(wei) （H2O）2.375。從(cong) 而排除了代謝性疾病造成的其它類型晶體(ti) 的可能。需要多運動，多喝水，多喝白開水。

共勉健康小貼士：

  很多人認為(wei) ，腎結石是由於(yu) 攝入含草酸的蔬菜過多，例如菠菜。實際上，草酸是人體(ti) 的正常代謝物質，部分氨基酸和維生素C等物質在體(ti) 內(nei) 代謝之後都可能轉變為(wei) 草酸。因而吃肉過多，糖過多才是很多結石的主因。所以：

  1、多喝水，少喝甜飲料

  2、動物蛋白質不要過量，肉類攝入量平均每天不超過一兩(liang) 半為(wei) 好。  

  3、多運動