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生物分子内或生物分子间的相互作用是生物分子实现功能，参与生命过程的基础。在单分子水平生理状态下研究生物分子间的相互作用，对深入理解生命过程、疾病的发病机理以及阐明药物作用机制等具有非常重要的意义。基于原子力显微镜的单分子力谱技术是一种非常有效的研究分子间/分子内相互作用的方法。本论文首先利用原子力显微镜(AFM)单分子力谱与荧光显微镜联用的技术，在活细胞体系研究了降糖药物二甲双胍对转化生长因子TGF-β信号通路中配受体相互作用的影响，以及香烟中主要致癌物4-甲基亚硝胺-1-（3-吡啶基）-1-丁酮(NNK)和其代谢产物4-甲基亚硝胺-1-（3-吡啶基）-1-丁醇(NNAL)对凝血酶和血栓调节蛋白作用的影响，揭示了降糖药物二甲双胍抑制TGF-β信号通路的可能作用机理以及香烟致癌物NNK和NNAL诱发血栓的可能机制。最后，我们将研究体系从哺乳动物细胞拓展到细菌上，发展了通过化学反应将细菌固定到硅片基底上的方法，实现了用AFM测定噬菌体裂解酶与金黄色葡萄球菌的相互作用并且通过动力学力谱技术比较了噬菌体裂解酶及抗体与金黄色葡萄球菌作用形成复合物的解离途径，为噬菌体裂解酶的细胞壁结合域(cell wall binding domain，CBD)作为一种新的检测病原菌的探针提供了新依据。 本论文具体工作如下: 第一部分:我们利用AFM单分子力谱与荧光显微镜联用技术研究了临床上应用很广泛的降糖药物二甲双胍对TGF-β信号通路中配受体TGF-β1/TβRⅡ相互作用的影响。二甲双胍主要抑制肝糖原异生，降低血糖和胰岛素的浓度，起到降低血糖的功效。最近有研究发现二甲双胍的新功能:通过抑制TGF-β1/Smad3信号通路而抑制心肌细胞纤维化。而TGF-β信号通路对调节细胞的生长、分化、迁移和凋亡等生物学过程有着非常重要的意义，TGF-β信号通路的失调与许多疾病（如癌症、组织纤维化等）的发生有关。我们将TGF-β1配体修饰到AFM针尖上，在表达有绿色荧光蛋白GFP标记的TGF-βⅡ的细胞上测定了二甲双胍加入前后对TGF-β1与TGF-βⅡ相互作用的影响，实验结果表明二甲双胍会抑制TGF-β1与TβRⅡ相互作用的结合几率但是不影响二者的结合强度，这一新发现对进一步了解二甲双胍对TGF-β信号通路第一步（即配体与受体结合激活信号通路）的调控有着重要的意义，并且为二甲双胍作为“老药新用”对其他疾病的疗效提供了依据。 第二部分:我们利用AFM单分子力谱与荧光显微镜联用技术研究了香烟致癌物NNK及NNAL对凝血酶和血栓调节蛋白作用的影响。长期暴露于香烟环境中有患心血管疾病的风险，血栓的形成是与吸烟有关的心血管疾病发生与死亡的主要原因。我们在体外和活细胞水平上分别测定了香烟致癌物对调控血栓形成的蛋白:凝血酶和血栓调节蛋白之间的相互作用，结果表明NNK和NNAL会抑制凝血酶和血栓调节蛋白的结合几率但不会影响二者的结合强度。并进一步通过分子动力学模拟的方法证实了单分子实验结果。这一结果为香烟致癌物诱发血栓的形成提供了新的信息。 第三部分:我们将研究体系从在贴壁的活细胞上测定配受体的相互作用力，拓展到研究蛋白质与细菌的相互作用。噬菌体裂解酶是噬菌体在病毒复制晚期合成的一类细胞壁水解酶，其CBD结构域可以特异的识别特定的宿主菌细胞壁上的肽聚糖，因此，裂解酶的CBD是一种很有发展潜力的检测细菌的生物探针。由于对蛋白与细菌之间相互作用的表征手段匮乏，目前对裂解酶CBD与细菌的相互作用机理的研究还很少。在本部分研究中我们首先尝试通过化学反应将细菌固定到硅片基底上，利用AFM单分子力谱的方法定量的测定了截短的噬菌体裂解酶的CBD结构域(PlyV2C)及抗体与金黄色葡萄球菌之间的单分子相互作用力，结果表明在相同的加载速率下PlyV12C及抗体与金黄色葡萄球菌的结合强度相当。并进一步通过动力学力谱技术考察了PlyV12C/S.aureus与抗体/S.aureus形成复合物后的解离过程，发现这两种复合物从结合态到解离态经过的途径很相似，它们的解离过程都需要跨越两个能垒，经过一个中间态达到解离终态。该研究结果不仅对了解噬菌体裂解酶CBD与细菌的相互作用有了新认识，同时表明噬菌体裂解酶CBD是一种检测病原菌的极具潜力的生物探针。