脂质不对称性丧失促进质膜起泡的机制揭秘:降低脂质堆积的关键作用

【字体: 时间:2025年05月06日 来源:Proceedings of the National Academy of Sciences 9.4

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  为探究质膜(PM)脂质组织变化如何调节膜特性并影响起泡形成,研究人员开展了关于脂质不对称性与质膜起泡关系的研究。结果发现脂质 scramblase TMEM16F 介导的脂质翻转对化学诱导的膜起泡至关重要,改变膜生物物理特性促进起泡和细胞外囊泡(EV)形成。该研究为相关细胞过程提供新见解。

  质膜(Plasma Membrane,PM)的脂质不对称性及其通过脂质翻转(lipid scrambling)的调控释放,是膜特性和功能的关键决定因素。在许多生物学事件中,如细胞凋亡、细胞外囊泡(Extracellular Vesicle,EV)形成、精卵受精、骨矿化、病毒感染和血液凝固等过程中,都会发生脂质翻转。然而,目前尚不清楚脂质翻转如何改变膜特性以促进这些事件。这项研究揭示,脂质不对称性的丧失会降低膜脂质堆积,从而促进质膜起泡(blebbing)过程中的膜变形。研究结果表明,通过脂质翻转减少脂质堆积,是细胞外囊泡形成的重要因素,并且可能对其他涉及膜变形的细胞过程也有重要作用。
膜泡在细胞迁移、细胞凋亡以及通过细胞外囊泡进行的细胞间通讯中发挥着重要作用。通常情况下,质膜会将磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine,PS)维持在细胞质一侧的膜叶上,但大多数膜泡的外膜叶却暴露有 PS,这表明质膜起泡时,稳态脂质不对称性的丧失常常与之相伴。不过,质膜脂质组织的这些变化是如何调节膜特性并影响膜泡形成的,目前还不得而知。

研究证实,通过脂质翻转酶 TMEM16F 进行的脂质翻转,对于不同细胞类型中化学诱导的膜起泡至关重要,PS 暴露的动力学与膜泡形成的动力学紧密相关。利用对环境敏感的探针测量脂质堆积发现,脂质翻转改变了质膜的物理特性,减少了脂质堆积,促进了膜泡形成所需的双层膜弯曲。因此,通过提取胆固醇、升高温度或用生物两亲性物质处理来降低质膜的脂质堆积,在没有 TMEM16F 的情况下也能促进膜泡形成。与这些细胞实验观察结果一致,通过消耗秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)胚胎中 TMEM16 的同源物 ANOH-2,显著减少了通过测量细胞外囊泡产生所评估的膜泡形成。研究结果表明,通过脂质翻转改变膜生物物理特性,是膜泡和细胞外囊泡形成的重要因素,并且可能对其他涉及质膜变形的细胞过程也有重要意义。

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