光异构化Gb3调控相分离膜中志贺毒素自组装的机制研究

研究人员通过构建含光异构化Gb3（photo-Gb3）的液序（lo）/液乱（ld）相分离跨孔膜（PSMs），首次揭示UV诱导的trans-cis异构化会动态改变志贺毒素B亚基（STxB）的空间分布模式，为病原体内吞机制研究提供新型光控膜模型。测得lo相膜粘度达12-21?10-8 Pa s m，相关成果发表于《Biophysical Journal》。

　　

在病原体感染过程中，志贺毒素（Shiga toxin）通过其B亚基（STxB）特异性结合宿主细胞膜上的糖鞘脂Gb₃（globotriaosylceramide）引发内吞。这一过程高度依赖于Gb₃脂肪酸链的几何构型，但传统方法难以实时调控脂质构象以观察其对毒素组装的动态影响。

为破解这一难题，研究人员创新性地合成光异构化Gb₃（photo-Gb₃），其偶氮苯基团可在紫外光照射下发生trans-cis构型转换。将该分子嵌入液序相（l_o，liquid-ordered）与液乱相（l_d，liquid-disordered）相分离的跨孔膜（PSMs）中，成功构建了具有自由悬空双分子层（f-PSMs）和孔缘支撑区域（s-PSMs）的复合膜体系。

研究采用荧光显微成像结合单粒子追踪技术，发现UV照射触发photo-Gb₃异构化后，f-PSMs区域出现瞬时性l_d微区（lakes），其扩散系数0.014 ± 0.009 μm²/s对应膜粘度12-21?10^-8 Pa s m，符合l_o相特征。更关键的是，原本均匀分布于l_o相的STxB在光照后呈现动态密度波动，这种由脂质几何构型变化驱动的毒素重排现象，为理解病原体利用宿主膜相变实现内吞提供了直接证据。

主要技术方法

通过微孔滤膜模板法制备相分离跨孔膜（PSMs），整合光异构化Gb₃与荧光标记技术；采用365 nm UV光源实时调控脂质构象；结合TIRF显微术和单粒子追踪分析膜微区动力学；使用荧光相关光谱（FCS）定量膜粘度参数。

研究结果

1. 膜相行为调控：trans-构型photo-Gb₃稳定存在于l_o相，UV诱导的cis异构化导致l_d微区瞬时形成，证实脂质几何构型直接影响膜相分离动力学。

2. 毒素分布动态：STxB在trans-photo-Gb₃膜中呈均匀分布，而cis构型引发毒素聚集-解聚振荡，表明内吞过程可能通过脂质构型变化产生的膜张力梯度驱动。

3. 定量生物物理参数：首次测得含Gb₃的l_o相膜粘度范围，为建立膜介导的内吞力学模型提供关键参数。

该研究不仅开发出可光控的膜相行为调控新方法，更揭示了病原体利用宿主膜物理特性实现感染的普适性机制。发表于《Biophysical Journal》的这项成果，为抗感染药物靶向脂质-毒素相互作用界面提供了理论依据，同时拓展了合成生物学在膜模拟系统中的应用前景。