编辑推荐：
为解决 TLCD 家族蛋白功能及磷脂重塑机制不明的问题，研究人员开展了关于 TLCD 家族蛋白的研究。结果发现其为磷脂重塑酶，参与多种磷脂代谢。该研究对理解细胞膜稳态和人类疾病意义重大，值得科研读者一读。
在细胞的微观世界里，细胞膜就像一座坚固又灵活的城堡，保护着细胞，维持细胞内环境稳定，同时还参与各种生命活动。而磷脂作为细胞膜的主要成分，其多样性对于细胞膜的正常功能至关重要。细胞能够通过重塑磷脂的脂肪酸链，来适应外界环境变化，调节细胞内细胞器的形态和功能。这个重塑过程主要由 1 - 酰基甘油 - 3 - 磷酸 O - 酰基转移酶（AGPAT）和膜结合 O - 酰基转移酶（MBOAT）家族的酶来介导。
磷脂酰乙醇胺（PE）是哺乳动物细胞膜中含量第二丰富的磷脂，在维持线粒体和质膜内层的正常功能中发挥着重要作用。之前的研究发现，一些含有 TRAM - LAG1 - CLN8 结构域（TLCD）的蛋白质，如 TLCD1 和 TLCD2，似乎与 PE 的组成调节有关，而且线虫中的 TLCD1 同源物 FLD - 1 也参与了膜脂组成的调控。然而，尽管 TLCD 家族在细胞磷脂代谢中可能扮演着重要角色，但其中大部分蛋白质的生化功能，尤其是它们调节膜脂组成的具体机制，仍然是个未解之谜。
为了揭开这些神秘蛋白质的面纱，来自 作者[第一作者单位] 的研究人员在《Science Advances》期刊上发表了题为 “TLCD proteins are phospholipid remodeling enzymes essential for membrane homeostasis and human disease” 的论文。他们的研究发现，TLCD 家族蛋白其实是磷脂重塑酶，这一发现为理解细胞膜磷脂稳态和相关人类疾病提供了全新的视角。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们利用基因编辑技术，构建了 TLCD1 和 CLN8 基因敲除（KO）的细胞模型，以此来探究这些基因缺失对细胞脂质组的影响。同时，通过蛋白质纯化技术，获得了高纯度的 TLCD1、YPR114w、FLD - 1 和 CLN8 等蛋白质，为后续研究它们的酶活性奠定基础。此外，借助脂质组学技术，研究人员能够详细分析细胞和线粒体中磷脂的组成变化；运用质谱技术（MS），精确鉴定新发现的脂质物种；分子对接模拟技术则帮助他们了解底物与蛋白质的结合模式。
下面让我们来看看具体的研究结果：
- TLCD1 生成脂肪酰硫胺酯：研究人员构建了 TLCD1 基因敲除的 HeLa 和 U - 2OS 细胞，通过脂质组学分析发现，与野生型细胞相比，敲除细胞的 PE 脂肪酸组成发生了改变，线粒体中的 PE 组成也受到影响，这表明 TLCD1 参与调节细胞和线粒体的 PE 组成，但具体机制还不清楚。在研究过程中，他们还发现了一种在野生型细胞中存在，而在 TLCD1 敲除细胞中缺失的未知脂质物种。经过一系列实验，包括质谱分析和同位素标记实验，他们确定该物种是脂肪酰硫胺酯，并且证实这些脂肪酰硫胺酯是 TLCD1 酶促反应的产物。
- TLCD1 是溶血磷脂酰乙醇胺酰基转移酶：为了深入了解 TLCD1 的酶活性，研究人员对其进行了纯化。实验表明，TLCD1 能够催化脂肪酰 - CoA 将脂肪酰基转移到硫胺上，生成脂肪酰硫胺酯，而且对单不饱和脂肪酰 - CoA 底物具有偏好性。同时，他们还发现 TLCD1 可以将脂肪酰基转移到溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）上，生成磷脂酰乙醇胺（PE），这表明 TLCD1 是一种 LPE 酰基转移酶。进一步研究发现，LPE 和硫胺在 TLCD1 上竞争同一结合位点，TLCD1 遵循双位移（乒乓）动力学机制，通过形成酰基 - 酶中间体来催化反应。
- TLCD1 的酶功能在酵母和线虫中保守：研究人员在酵母中进行了探索，构建了删除 TLCD1 同源基因 ypr114w 和 yjr116w 的突变体。结果发现，ypr114w 突变体中，一种可检测到的脂肪酰硫胺酯（棕榈油酸 - 硫胺酯）水平降低，而且该突变体的 PE 和 PC 的脂肪酸饱和度增加，这与 TLCD1 敲除的小鼠肝脏和人类细胞中的变化相似。纯化的 YPR114w 能够将脂肪酰 - CoA 转移到硫胺和 LPE 上，对棕榈油酰 - CoA 具有高度特异性。在线虫中，研究人员纯化了 FLD - 1，发现它也能催化脂肪酰 - CoA 转移到 LPE 和硫胺上，对饱和脂肪酰 - CoA 底物有强烈偏好。这表明 TLCD1 的酶功能在酵母、线虫、小鼠和人类中是保守的。
- CLN8 是 BMP 合成途径中的溶血磷脂酰甘油酰基转移酶：研究人员选择研究 CLN8，是因为它是 TLCD1 的旁系同源物，而且 CLN8 基因突变会导致巴顿病（Batten disease），这是一种致命的儿童神经退行性溶酶体贮积症。他们构建了 HeLa 和 U - 2OS 细胞的 CLN8 基因敲除池，脂质组学分析发现，敲除细胞中溶酶体磷脂双（单酰甘油）磷酸（BMP）物种几乎完全缺失，转染 CLN8 - HA 可以恢复 BMP 水平。体外实验表明，CLN8 能够以 18:1 - LPG 为底物，优先合成 BMP，对多不饱和的亚油酰 - CoA 和 DHA - CoA 底物有偏好性。分子对接显示，18:1 - LPG 与 CLN8 的结合位点周围存在保守的 TLCD 家族残基，这些残基的突变与巴顿病相关。这说明 CLN8 是一种酰基 - CoA 依赖的酰基转移酶，在溶酶体 BMP 合成途径中催化关键步骤。
总的来说，这项研究首次揭示了 TLCD 家族蛋白作为磷脂重塑酶的功能。它们通过独特的乒乓机制，参与细胞膜磷脂的重塑过程。这一发现不仅让我们对细胞膜磷脂稳态的维持机制有了更深入的理解，也为相关疾病的研究提供了新的方向。例如，TLCD1 与非酒精性脂肪性肝炎和肝癌的发展有关，基于硫胺结构开发 TLCD1 抑制剂可能具有潜在的治疗价值。同时，研究还发现了脂肪酰硫胺酯这一新的细胞脂质，虽然目前还不清楚它们在体内的具体功能，但未来对其在不同生理和病理条件下的研究，有望揭示它们的神秘面纱。对于 CLN8 的研究，则进一步明确了它在 BMP 合成途径中的关键作用，为理解巴顿病等神经退行性疾病的发病机制提供了重要线索，有助于开发针对这些疾病的新疗法。这项研究成果为细胞生物学和医学领域的发展做出了重要贡献，为后续研究开辟了广阔的道路。
