D8 VENTURE SC-XRD疾病篇：与疾病相关的晶体

  前几日读到一份特殊的报导：比利时根特大学、Flanders生物技术研究所（VIB）和Argenx生物技术公司的科学家们合作，发现哮喘和鼻炎病人粘液中的天然CLC晶体是引起过度炎症的根源, 解开了与哮喘、过敏性鼻炎等呼吸道炎症有关的一个世纪谜团，并以此为基础，开发出一种有效逆转疾病的潜在创新疗法，发表在新一期的《Science》上。（来源：学术经纬）

 ▲图1：从慢性鼻-鼻窦炎伴鼻息肉的患者中取得黏液团块，获取CLC进行晶体结构分析（图片来源： Emma Persson et al., (2019) Proteincrystallization promotes type 2 immunity and is reversible by antibodytreatment. Science）

  不过让我吃惊的是，黏液中的CLC晶体早在1853年就已经被发现，而且居然是一种天然的蛋白晶体（半乳糖凝集素-10，Gal10）。不仅如此，科学家们还用它直接做了衍射，并且解析了2.1 Å高分辨率的结构。瞬间觉得Science就在身边。作为一个研究蛋白晶体出身的科学民工，从来没想到过人体里居然会有天然的蛋白晶体这么好的研究对象…

  于是我开始在鼻腔粘液中搜索CLC晶体 (不适者请略过)，然而一无所获，十分失望…

  除了这种罕见的天然蛋白晶体CLC，身体里还是存在很多其它晶体与疾病相关的。比如：痛风患者关节中的尿酸晶体，肾结石，胆结石，动脉粥样硬化中的胆固醇晶体等。尤其是肾结石，现在患病的年轻人越来越多，而我也不幸的是其中的一个。不疼的时候就是万物和谐岁月静好，疼起来就是让人崩溃。

  肾结石也有很多种类型，根据成分的不同，可分为草酸钙结石，磷酸钙结石，尿酸结石，磷酸铵镁结石，胱氨酸结石以及嘌呤结石等。不同的结石有不同的病因，相应预防和治疗的方法也有所不同。在经历了上次手术之后，医生帮我取了些样品做成分分析，然后就没有然后了……于是只好自己开启生活科学模式，尝试用D8 VENTRUE快速鉴定肾结石的成分，以期能够对症治疗，避免复发。

样品：

  一小块肾结石

实验仪器：

  D8 VENTURE Iμs 3.0 Cu/Mo 靶PHOTON II 探测器

方法：

1、粉末XRD物相分析鉴定：

  显微镜下的结石，是一块粗糙的淡黄色，块状物体。可以肯定的是这肯定不是一颗单晶。于是借助手术刀，暴力粉碎得到一块大约0.3 mm的小块，使用Cu靶，按照单晶衍射仪测定粉末XRD的Gandolfi-like方法来进行数据采集。使用Phi 360 scan获得三张不同2theta角的衍射图，并在APEX3 的 Integrate Debye Rings中进行合并，积分获得粉末衍射的一维特征图谱，输出.raw文件。

  ▲图2 D8 VENTURE 单晶衍射仪粉末XRD测试流程

  大约4分钟的时间，D8 VENTURE成功地采集到了清晰的二维粉末衍射图谱。将导出的.raw文件借助DIFFRACT.EVA软件进行物相分析，可得出该结石不是单一种晶体的纯相，而是单水草酸钙和双水草酸钙晶体的混合，且大部分为单水草酸钙。

 ▲图 3  APEX3 Debye rings 积分和Diffract.Eva物相分析。（特别鸣谢我们帅帅的王通博士）

2、单晶晶胞参数和结构测试

  对于一个结构控来说，仅仅是XRD物相分析是不够的。如果在显微镜下把放大倍数放大，可看到在结石的边缘有些类似片状的单晶存在。于是继续压碎，并在显微镜下仔细挑选三个较为规则的晶体，大小约为50um * 50 um * 5 um。挑选的晶体在Mo靶上进行测试，曝光时间1s/1° ，3min获得高分辨率，完整度接近100%的数据。

 ▲图4：双水草酸钙的单晶结构

  三个晶体的晶胞参数均为a = b = 12.3534(6) ，c = 7.3450(4) 的四方晶体，空间群为I4/m。结构分析表明，在双水草酸钙结构框架孔隙的中央，存在额外游离，无序的水分子。因而该组分实际为CaC₂O₄（H₂O）2.375。然而几经尝试都没有挑到单水草酸钙的单晶，推测单水草酸钙的结晶颗粒较小，大多为多晶的形式存在。

  不得不说，丑陋的外表下，居然有这么漂亮的结构，而且还有孔隙…

实验结论：

  通过D8 VENTURE测试的粉末XRD，以及单晶衍射数据，可以快速鉴定出该结石的主要成分，以及晶型和晶体结构。该结石实际为常见的单水草酸钙和双水草酸钙的混合晶体，且双水草酸钙晶体有很大部分为（H2O）2.375。从而排除了代谢性疾病造成的其它类型晶体的可能。需要多运动，多喝水，多喝白开水。

共勉健康小贴士：

  很多人认为，肾结石是由于摄入含草酸的蔬菜过多，例如菠菜。实际上，草酸是人体的正常代谢物质，部分氨基酸和维生素C等物质在体内代谢之后都可能转变为草酸。因而吃肉过多，糖过多才是很多结石的主因。所以：

  1、多喝水，少喝甜饮料

  2、动物蛋白质不要过量，肉类摄入量平均每天不超过一两半为好。  

  3、多运动