空肠弯曲菌脂质组中溶血磷脂的原子尺度建模及其对膜生物物理特性的影响机制研究

本研究针对空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)内膜中高含量溶血磷脂(LPLs)的生物学功能缺失问题，通过分子动力学(MD)模拟构建了4种LPLs的原子模型，揭示了其在混合磷脂膜中诱导膜变薄、降低脂质有序性并增强电穿孔敏感性的分子机制，为理解细菌膜适应性及抗菌策略提供了新视角。

　　

在微生物膜生物学领域，空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)作为一种常见的食源性病原体，其独特的膜脂质组成一直备受关注。这种细菌的脂质组在应激条件下溶血磷脂(LPLs)含量可高达45%，远超普通细菌的1%水平，这种异常现象源于其缺乏LplT-Aas磷脂修复系统。然而，LPLs在细菌膜中的精确作用机制仍属未知，这严重限制了针对此类病原体的精准干预策略开发。

《Biophysical Journal》最新发表的这项研究首次系统构建了空肠弯曲菌脂质组中四种关键LPLs的原子模型，包括lysoPE(16:0/18:1/19:0c)和lysoPG(18:1)。研究人员采用CHARMM36m力场进行分子动力学(MD)模拟，通过自组装实验验证了模型在溶液中的相行为，并创新性地将LPLs整合到模拟细菌内膜的复杂混合膜系统中。关键技术包括多尺度MD模拟（从单脂质系统到含膜蛋白的完整膜体系）、电穿孔模拟实验、以及基于MDAnalysis和LiPyphilic的膜特性量化分析。

自组装行为验证

模拟显示LPLs在过量水中形成胶束，随水合度降低依次形成六方相(H₁)、立方相和层状相(L_f)，与已知lysoPC相图一致。特别值得注意的是，lysoPG(18:1)在C_w=0.4时成功再现了实验预期的六方相结构。

混合膜特性改变

含20% LPLs的混合膜自组装成双层结构，但与纯磷脂膜相比：

• •

  膜厚度减少2.3%（3.826 vs 3.917 nm）

• •

  脂质面积(APL)降低6%（0.647 vs 0.678 nm²）

• •

  磷脂尾部有序参数S_CD普遍下降

• •

  面积压缩模量K_A呈现降低趋势

膜蛋白相容性

糖基化内膜蛋白PglB在混合膜中保持稳定，其跨膜结构域RMSD最终稳定在0.4 nm，糖链与膜脂的动态相互作用表明该模型适用于复杂膜蛋白研究。

电穿孔敏感性

LPLs显著提升膜通透性：在0.15 V/nm电场下，混合膜11.1-14.7 ns即发生穿孔，而纯磷脂膜需≥0.2 V/nm。孔隙形成机制显示LPLs通过二聚化稳定水通道，与实验报道的离子通道形成假说吻合。

这项研究的意义在于：首次建立了空肠弯曲菌LPLs的原子模型库，填补了该病原体膜模拟的关键空白；揭示了LPLs通过改变膜机械性能和动态特性影响细菌环境适应的分子机制；开发的混合膜模型为研究糖基化膜蛋白功能提供了新工具。特别值得注意的是，LPLs诱导的膜变薄和电穿孔敏感性增强现象，为理解该菌对抗宿主抗菌肽的耐药机制提供了新视角，也为开发针对细菌膜特异性的新型抗菌策略奠定了理论基础。研究采用的相行为验证方法和电穿孔定量分析框架，还可拓展应用于其他含异常脂质组分的病原体研究。