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G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptors,GPCRs）的聚集对其实现跨膜信号转导功能起着至关重要的作用。传统的免疫共沉淀和荧光共振能量转移技术只能证明其存在二聚化。由于GPCRs表达量低、难以纯化以及实验技术等方面的限制,导致对GPCRs的聚集行为以及不同激动剂对其聚集过程的调控作用很难进行系统的研究。本研究以人趋化因子受体CXCR4为研究对象,成功构建了CXCR4稳转细胞系,实现CXCR4在T-Rex293细胞上稳定表达,利用单分子成像技术对CXCR4在活细胞膜上以及溶液中的聚集状态进行了研究,并对CXCR4聚集状态与其信号转导、运动之间的关系进行了初步探讨。首先,成功构建出了四环素可诱导且在细胞膜上稳定表达CXCR4-EGFP-His10的稳转细胞系,利用单分子成像技术对CXCR4在细胞膜上的聚集状态进行了系统表征。研究发现CXCR4的表达量对其在细胞膜上的聚集状态有重要影响。当细胞内CXCR4表达水平与肿瘤细胞中CXCR4表达水平相当时,大部分CXCR4在活细胞膜上以单体形式存在。随着表达量不断增加,CXCR4开始出现寡聚体甚至多聚体。当CXCR4表达水平接近肿瘤细胞中CXCR4内源表达水平时,完全激动剂SDF-1α和中性激动剂AMD3100对CXCR4表现出显著的诱导其聚集的作用,且呈现显著地浓度依赖关系。而反向激动剂TC14012在相同条件下对CXCR4聚集体具有明显的解聚作用。利用单分子pull-down技术对CXCR4在溶液中的聚集现象进行了表征,结果发现CXCR4-EGFP分别在10 nM、10 pM和10 fM浓度下,以及不同表面活性剂溶液中,其聚集行为并没有明显的变化。当CXCR4浓度为10 nM时,完全激动剂SDF-1α可以诱导其聚集程度增加,而当CXCR4浓度为10 pM和10 fM时,SDF-1α对CXCR4体外聚集无显著影响。反激动剂AMD3100和反向激动剂TC14012对不同浓度CXCR4的体外聚集作用未发现明显影响。强变性剂SDS对CXCR4的体外聚集体具有一定的解聚作用。为了进一步研究CXCR4聚集与其信号转导功能之间的关系,本论文利用PTX处理CXCR4稳转细胞系,使CXCR4与G蛋白复合体解偶联,并对处理前后CXCR4的聚集状态进行了表征。结果表明利用SDF-1α刺激细胞后,未经PTX处理的细胞膜上CXCR4的聚集程度比PTX处理后G蛋白解偶联细胞上CXCR4聚集程度要高,这说明CXCR4聚集状态与受体下游G蛋白信号通路密切相关。同样,采用CHZ处理CXCR4稳转细胞系,抑制CXCR4受体的内化通路,进而对CXCR4聚集与受体内化的关系进行了研究。结果发现,同样经SDF-1α刺激后,经CHZ处理的实验组细胞膜上CXCR4的聚集程度要大于未经CHZ处理对照组,这表明CXCR4聚集与受体内化也存在一定的关联,且CXCR4多聚体相对于单体可能更容易发生内化。此外,论文还利用单颗粒示踪技术（SPT）对CXCR4各聚集体的扩散速率进行统计,并且分析了CXCR4聚集与其在细胞膜上扩散之间的关系。研究发现,单体的扩散速率要高于二聚体,而多聚体的扩散速率最低。当SDF-1α刺激细胞后,CXCR4不同聚集体的平均扩散速率均降低,其中单体扩散速率降低最显著,二聚体和多聚体的扩散速率变化不明显。经PTX处理将CXCR4与G蛋白解偶联,发现CXCR4的扩散速率并未发生显著变化,这表明G蛋白偶联对CXCR4在细胞膜上的运动无显著影响。经PTX处理后的细胞,再用SDF-1α刺激,发现CXCR4在细胞膜上的运动同样未发生显著变化。这表明CXCR4的聚集状态、信号转导与其在细胞膜上的运动存在一定的关系。