清华大学生命学院潘俊敏课题组在衣藻中揭示磷脂翻转酶调控纤毛膜形态与发生的机制

纤毛是突出于细胞表面的细胞器，主要由纤毛膜包裹9+2或9+0的细胞微管所构成。纤毛不仅具有运动功能，而且作为“细胞天线”感知外界信号，进而调控个体发育和生理稳态。纤毛的缺陷可导致多种疾病，如男性不育、内脏翻转、肾囊肿、多指症等。纤毛如何维持其细长的筒状结构，至今仍是膜生物学的未解之谜。

11月5日，清华大学生命科学学院潘俊敏课题组在《当代生物学》（Current Biology）在线发表题为“磷脂翻转酶塑造纤毛膜形态并参与纤毛发生”（A lipid flippase shapes the ciliary membrane and is essential for ciliogenesis）的研究论文，揭示了磷脂翻转酶通过调控膜脂分布来维持纤毛特有膜形态、促进纤毛形成的分子机制。

研究团队发现，缺失磷脂翻转酶ALA2会导致纤毛缺损，这一现象在从单细胞绿藻到哺乳动物的系统中均高度保守。超分辨显微成像显示，ALA2定位于纤毛基部，并在纤毛快速生长阶段富集，提示其在纤毛伸长过程中发挥关键作用。透射电镜和扫描电镜进一步揭示，ALA2缺失会导致纤毛膜出现异常膨胀与形态紊乱。

图1.野生型和突变体纤毛顶端的透射电镜（A）和扫描电镜（B）分析

磷脂分子就像构筑生物膜的“积木”，不同种类磷脂在双层膜中的分布决定了膜的曲率与形态。研究发现，ALA2缺失细胞中，原本应位于内层的磷脂酰乙醇胺（PE）异常暴露于外层。由于PE分子具有较小的磷酸基团和较大的脂肪酸尾部，这种分布错位破坏了膜的弯曲平衡，最终导致纤毛膜形态异常。研究提出，在纤毛形成过程中，ALA2通过在纤毛基部“翻转”磷脂分子，重新塑造磷脂的分布，从而保障纤毛膜的筒状结构与稳定生长。

图2.磷脂反转酶调控纤毛膜形态的模式图

生命的起点源自磷脂双层膜的形成。不同膜性细胞器的功能差异，正是建立在膜脂组分与排布的精妙调控之上。该研究首次揭示了磷脂翻转酶在纤毛膜形态建立中的核心作用，为理解膜性细胞器形态生成的分子基础提供了新的思路，也为研究纤毛相关疾病的病理机制奠定了基础。

清华大学生命科学学院2017级博士生王正茂为论文第一作者，生命科学学院教授潘俊敏为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金委、清华-北大生命科学联合中心、疑难重症及罕见病全国重点实验室的资助。

论文链接：

https://authors.elsevier.com/a/1m33c3QW8SA4dd

供稿：生命学院

编辑：李华山

审核：郭玲