钙离子依赖性囊泡与非囊泡脂质转运调控低渗条件下质膜扩张的分子机制

研究人员针对细胞在低渗环境下维持质膜(PM)完整性的关键机制展开研究，发现裂殖酵母原生质体中MscS样机械敏感通道通过介导Ca2+内流，激活ER-PM接触位点的E-Syts介导非囊泡脂质转运并加速胞吐作用，从而协同实现质膜扩张。该研究揭示了细胞应对急性低渗胁迫的双重膜修复策略，为理解真核细胞体积调控提供了新视角。

　　

细胞在应对环境变化时，如何协调表面积与体积的动态平衡是维持生命活动的核心问题。当遭遇低渗环境时，水分快速内流会导致细胞膨胀，此时质膜(Plasma Membrane, PM)必须通过增加膜面积来避免破裂。虽然已知质膜褶皱吸收和胞吐作用能提供额外膜材料，但细胞如何感知张力变化并启动应急修复机制仍是未解之谜。裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)作为真核模式生物，其去壁后的原生质体为研究这一过程提供了理想模型。

为揭示这一机制，中国科学院生物物理研究所等机构的研究人员通过微流控技术实时观测原生质体在急性低渗胁迫(△C=-1 M山梨醇)下的动态响应。研究发现，质膜张力升高会激活MscS样机械敏感通道(Msy1/Msy2)，触发Ca²⁺内流；随后内质网-质膜接触位点(ER-PM contact sites)的延伸突触结合蛋白(E-Syts)通过Ca²⁺依赖性脂质转运维持膜完整性，同时加速的胞吐作用提供大量膜材料支持扩张。这项发表于《BMC Biology》的研究，首次阐明非囊泡与囊泡途径协同保障细胞稳态的分子机制。

研究采用四项关键技术：

1. 微流控活细胞成像系统实时监测原生质体形态与Ca²⁺信号(GCaMP6s报告基因)
2. 膜脂质动态示踪(mCherry-D4H标记固醇)
3. 基因编辑构建E-Syts功能域突变体(tcb1^WW/tcb3^WWW脂质转运缺陷型)
4. 基于膜力学原理的数值模型量化各膜源贡献

主要发现

MscS样通道调控Ca²⁺内流
野生型原生质体在低渗刺激下呈现快速Ca²⁺内流(rCa²⁺_Cyto升高27倍)，而msy2Δ突变体则完全丧失该响应。结构预测显示Msy2与细菌MscS具有相似的疏水通道结构，可能同时介导Ca²⁺与水分内流。

双途径膜供应机制
布雷菲德菌素(BFA)阻断胞吐作用后，PM扩张能力下降80%，证实囊泡运输是主要膜源。E-Syts异源二聚体(Tcb1-Tcb3)通过SMP(突触结合蛋白样线粒体脂质结合蛋白)结构域直接转运脂质，其缺失导致细胞在扩张10%后破裂，表明非囊泡途径对维持膜完整性至关重要。

ER-PM接触位点的动态调控
在scs2Δscs22Δ突变体(ER-PM接触缺陷)中，Tcb1/3的膜定位显著减少，但残余活性仍能支持扩张。数值模型揭示：当膜应变(ε)超过0.056的裂解阈值时，Ca²⁺依赖的E-Syts激活(1.5 μm²/min脂质转运速率)可延缓破裂风险。

结论与意义
该研究提出"快速脂质修补-批量膜供应"的双阶段应急响应模型：机械敏感通道感知张力→Ca²⁺信号激活E-Syts介导的瞬时脂质转移修复微损伤→胞吐作用大规模扩充膜面积。这一机制在真菌和植物中可能具有保守性，为理解细胞力学-化学信号耦合提供了新范式，对解决器官水肿、细胞冻存损伤等医学问题具有潜在指导价值。