PNAS：研究揭示膽固醇對細胞膜的影響

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2020-09-10 10:11:00【大中小】

十多年來，科學(xué)家們已經(jīng)接受膽固醇（細胞膜的關(guān)鍵成分）并不能統(tǒng)一影響不同類型的膜。但是，弗吉尼亞理工大學(xué)物理系助理教授Rana Ashkar領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究發(fā)現(xiàn)，膽固醇實際上確實符合生物物理原理。

PNAS：研究揭示膽固醇對細胞膜的影響

該發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《PNAS》雜志上，該研究對于藥物遞送方法的設(shè)計以及許多其他需要對膽固醇在細胞中的作用進行特定假設(shè)的生物學(xué)應(yīng)用具有深遠的影響。

Ashkar說：“眾所周知，膽固醇能促進細胞膜更緊密的分子堆積。在這項工作中，我們證明，按照物理定律，膽固醇在納米級水平確實引起膜硬化。這些發(fā)現(xiàn)影響了我們對膽固醇生物學(xué)功能及其在健康和疾病中的作用的理解。”

細胞膜是脂肪分子構(gòu)成的薄層，其具有界定細胞邊界并調(diào)節(jié)各種生物學(xué)功能，包括病毒傳播以及細胞分裂的功能。為了實現(xiàn)這種功能，膜結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠彎曲并允許形狀改變。這種彎曲傾向取決于分子結(jié)構(gòu)單元的堆積程度。Ashkar補充說，更緊密的包裝會導(dǎo)致更堅硬的膜無法輕易彎曲。

培根，雞蛋，奶酪和許多其他舒適食品中都含有大量膽固醇。雖然過多的膽固醇會損害人體，但細胞膜中膽固醇的調(diào)節(jié)量絕對是細胞正常功能所必需的。膽固醇含量異常通常與各種疾病狀況相關(guān)。

除了膽固醇外，我們的細胞膜還主要由脂質(zhì)組成，脂質(zhì)是一種小的脂肪分子，當(dāng)存在于水中時會自動組裝成雙層結(jié)構(gòu)-人體的近60％由水組成。脂質(zhì)和膽固醇共同形成了限制我們細胞并調(diào)節(jié)細胞營養(yǎng)交換的屏障。

在分子水平上，膽固醇具有光滑而剛性的結(jié)構(gòu)。當(dāng)它與我們的細胞膜相互作用時，它會自身卡在脂質(zhì)之間，從而導(dǎo)致膜的密度更高。根據(jù)結(jié)構(gòu)-屬性關(guān)系，這自然會導(dǎo)致膜變硬。

在過去的十多年中，物理學(xué)家和生物學(xué)家一直認為膽固醇對順式不飽和脂質(zhì)形成的膜的硬度幾乎沒有影響。“這違背了我們對膽固醇對細胞膜的作用的理解，” Ashkar說。 “這也與自組裝材料中的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)-特性關(guān)系相矛盾。”

在理想情況下，細胞膜應(yīng)保持半剛性的結(jié)構(gòu)：足夠堅硬以保持其形式，但足夠靈活以允許信號蛋白和功能域的動態(tài)運動。關(guān)于膽固醇如何增強細胞膜的誤解影響了我們對膜功能的理解。

最初數(shù)據(jù)并沒有多大意義，但是隨著她的深入研究，Ashkar發(fā)現(xiàn)了一個清楚的案例，即根據(jù)觀察方法的參數(shù)，軟材料如何“明顯”表現(xiàn)出不同的特性。她發(fā)現(xiàn)，在較短的時間長度范圍內(nèi)，發(fā)生重要的信號事件，添加的膽固醇會引起膜硬化。