DPPE替代DPPC对三元脂质膜中微米级液-液相分离的抑制效应与相图研究

为解决磷脂酰乙醇胺（PE）在生物膜相分离中的作用机制问题，研究人员开展DPPE替代DPPC的三元膜相行为研究。发现DPPE显著抑制液-液相分离，促进固-液相共存，并首次实现固相与液相有序区的荧光显微区分，为理解PE在膜蛋白功能与膜融合中的生理意义提供新视角。

　　

在生命体的细胞膜中，微米尺度的液-液相分离现象与多种生理过程密切相关，例如信号传导和膜蛋白功能调控。为了模拟这一现象，研究者通常构建由高熔点脂质、低熔点脂质和胆固醇组成的三元模型膜体系，并通过绘制相图来探索脂质的相行为规律。然而，尽管磷脂酰乙醇胺（PE）占生物膜脂质组成的20%且具有促进膜融合、调控蛋白活性等关键作用，其在高熔点脂质类别中的实验研究却长期缺失。尤其值得注意的是，饱和PE脂质（如DPPE）相较于对应的磷脂酰胆碱（PC）具有更高的熔融温度，理论上应能扩展液-液相分离的温度范围。这一假设是否成立？正是本研究试图解答的核心问题。

研究团队选择两种经典的三元膜体系——DOPC/DPPC/胆固醇和DiphyPC/DPPC/胆固醇，并将其中的DPPC替换为DPPE，通过荧光显微镜技术系统绘制了巨囊泡的相图，观察不同温度下的相分离行为。出乎意料的是，在DOPC/DPPE/胆固醇体系中未观察到任何微米级液-液相分离，而在DiphyPC/DPPE/胆固醇体系中仅存在极小范围的液-液相区。相反，固相与液相（包括液相有序相Lo和液相无序相Ld）的共存成为主导现象，且固相中DPPE显著富集。更引人注目的是，本研究首次通过荧光显微镜清晰区分了固相与液相有序相，使得相图中三相区（Ld+Lo+固相）的边界和 tie-line 方向得以精确测定。

关键实验技术包括：利用荧光显微镜对巨囊泡进行原位相行为观察；系统变温扫描以构建三元相图；通过脂质染料分区特征区分固相、液相有序相（Lo）和液相无序相（Ld）。

研究结果

一、DPPE 抑制液-液相分离

在DOPC/DPPE/胆固醇体系中，尽管DPPE的熔点高于DPPC，却完全未出现液-液相分离，表明PE脂质的引入改变了膜的整体相行为机制。

二、固-液相共存占主导

在两套三元体系中，固相与液相的共存范围显著扩大。荧光图像显示固相区域具有高对比度的形态特征，且与Lo相和Ld相明显区分。

三、三相区与相边界精确测定

在DiphyPC/DPPE/胆固醇体系中，研究者观察到Ld+Lo+固相的三相共存区域，并利用荧光对比度测算 tie-line 方向，为理解脂质分配热力学提供了新数据。

结论与意义

本研究揭示饱和PE脂质（DPPE）并非如预期那样扩展液-液相分离，反而促使固相形成并抑制液相分离，这一发现修正了以往基于熔点的相行为预测模型。其科学意义在于：首先，为生物膜中PE脂质的生理功能（如膜融合、蛋白招募）提供了相行为层面的解释；其次，建立了固相与液相有序相的显微区分方法，提升了复杂相图的分析精度；最后，研究结果提示在构建仿生膜模型时需慎重选择高熔点脂质类别，以避免对相行为的误判。论文发表于《Biophysical Chemistry》，为膜生物物理领域提供了关键的基础数据和方法学进展。