原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)具有高分辨率和超灵敏等特点,已发展成为在近生理条件下研究生物分子和活细胞表面性质的有力工具。它不仅可以用于表征样品的表面形貌特征,而且能够定量测定生物分子间相互作用、细胞表面蛋白与相应配体分子间的相互作用以及细胞弹性模量等力学性质。本论文基于AFM主要进行了以下几个方面的研究:1.基于AFM的单分子力谱技术结合分子动力学(MD)模拟研究了血管内皮生长因子(VEGF165)与肝素分子间的特异性相互作用。通过单分子力谱实验,得到了 VEGF165/肝素复合物的解离力,以及解离过程的热力学和动力学参数。VEGF165/肝素复合物的MD模拟结果显示,氢键和疏水相互作用在VEGF165蛋白和肝素之间的相互作用中起到了积极作用。根据MD模拟轨迹,采用分子力学Poisson-Boltzmann溶剂可及表面积(MM-PBSA)方法计算了VEGF165/肝素复合物的结合自由能。本研究为了解VEGF165蛋白和肝素分子之间的相互作用机制提供了新的见解。2.基于AFM的峰值力轻敲技术研究活的血管内皮细胞(HUVEC)的生物力学特性,评估了三七总皂苷(PNS)对单细胞氧化应激损伤的保护机制。结果表明,PNS可有效防止氧化应激损伤引起的细胞杨氏模量降低,帮助细胞维持基本的形态和生理功能。结合免疫荧光分析,我们认为提高细胞骨架的稳定性是PNS在氧化损伤过程中对HUVEC起保护作用的一条重要途径。本研究为探索中药在单细胞水平上的作用机制提供了新思路,揭示了 AFM在药物作用机理研究中的巨大潜力。3.基于AFM的定量纳米力学成像技术研究了膀胱癌T24细胞在上皮间质转化(EMT)过程中形貌、力学性质和细胞表面的肿瘤标志物分子——E-钙粘蛋白的变化特征。结果显示,与正常膀胱上皮细胞相比,T24细胞具有部分间质特征,且TGF-β1可以诱导T24细胞持续发生EMT。在EMT过程中,T24细胞内的细胞骨架重排和F-肌动蛋白形成,引起了细胞形貌和力学性能的变化。同时,利用分子识别成像技术定量表征了 EMT过程中T24细胞表面微量的E-cadherin的表达变化,展现了 AFM在细胞表面微量蛋白表征方面的应用前景。这项工作在单分子、单细胞水平上加强了我们对膀胱癌细胞EMT过程的认识,使我们对肿瘤细胞转移有了更深入的了解。