脂筏内外层关联论文

编者按：本文主要从脂筏结构；脂筏的功能进行论述。其中，主要包括：脂筏是膜脂双层内含有特殊脂质及蛋白质的一种液态有序相微区、微区内陷可形成囊泡具有低流动性，呈现有序液相，富含胆固醇和鞘磷脂、鞘脂含有长链饱和脂肪酸，Tm温度较高，流动性差、许多蛋白质聚集在脂筏内，便于相互作用、脂筏的环境有利于蛋白质的变构，形成有效的构象、参与信号转导、在细胞中脂筏最重要的作用就是它在信号转导事件中所发挥的功能、参与细胞蛋白运转、参与跨细胞运转、参与细胞胞饮作用、参与细胞分选、作为病毒感染的通道、脂筏与心血管疾病、脂筏与朊病病毒、脂筏与肺部疾病等，具体请详见。

S·J·Singer和G·Nicolson于1972年提出生物膜的流动镶嵌模型(fluidmosaicmodel)是生物学的经典。Meer于2002年在《Science》上综述了此专题：脂筏是膜脂双层内含有特殊脂质及蛋白质的一种液态有序相微区。随着实验技术的改进以及认识的不断深入，脂筏模型(lipidraftsmodel)的结构和功能逐步被人们所认识。

一、脂筏结构

脂筏是脂质双层内含有特殊脂质的蛋白质的微区，微区内陷可形成囊泡具有低流动性，呈现有序液相，富含胆固醇和鞘磷脂。与糖基磷脂酰肌醇(GPI)相连，或被肉豆蔻酸酰化。近年来发现脂筏不仅存于质膜，亦可存在于高尔基体膜上。脂筏的概念早在发现小窝时即有了，经长期的争论，直至1988年Simon才正式提出“脂筏”之称。脂质的双层有不同的脂筏：外层的微区主要含有鞘脂、胆固醇及GPI2锚固蛋白，因为鞘脂含有长链饱和脂肪酸，Tm温度较高，流动性差，而且粘稠，邻近的磷脂区其脂肪酸多不饱和，Tm温度较低，所以出现分相；膜内侧也有相似的微区，与外侧的脂质不完全相同，主要是在此区有许多酰化的蛋白质，特别是信号转导蛋白(图1)。虽然两层分别有脂筏，但它们是偶联的，因为用非离子去污剂提取时，不仅有外层的GPI-锚固蛋白，还有许多信息分子共同被提出。用一种GPI-锚固蛋白的抗体介导锚固蛋白聚集，与此同时Src家族的酪氨酸激酶也被激活。如换成糖鞘脂的抗体，也有同样的现象。GPI蛋白及糖鞘脂都存于膜外侧，Src酪氨酸激酶在膜内侧，这表明脂筏内外层之间是有联系的。

二、脂筏的功能

从结构及组分分析，脂筏有两个特点：①许多蛋白质聚集在脂筏内，便于相互作用。②脂筏的环境有利于蛋白质的变构，形成有效的构象。所以它具有许多功能。

(一)参与信号转导

在细胞中脂筏最重要的作用就是它在信号转导事件中所发挥的功能。目前已研究发展，有多种类型的信号分与脂筏有关系，如受体分子类、离子通道和泵相关分子、蛋白激酶、GTP结合蛋白、Ga2+结合蛋白、黏附分子、细胞骨架相关蛋白质类、转录因子和酯类等。脂筏是如何积聚这些信号分子并激发细胞内信号转导的级联反应是值得深入探讨的问题。

HIa发现在细胞质膜有溶血卵磷脂类(LPs)的受体，这种受体是一个大家族，大约有12个左右，它与G蛋白偶联，称G蛋白偶联受体(Gprotein-coupledreceptors，GPCRs)。LPs受于膜富含鞘磷脂的小窝区。LPs包括溶脂酸(LPA)、溶血卵磷脂(LPC)、鞘磷酸胆碱(SPC)及鞘磷脂-1-磷酸(S-I-P)。LPs受体的作用包括：参与调节细胞迁移、增殖及存活；调节血管系统的成熟；激活eNOS及活化磷脂酶C(PKC)等。Nanjundan从鼠肺细胞内提取出一种脂质磷酸水解酶(LLP)，活化的LLP存于小窝内，它可水解LPA、PA和鞘氨醇-1-磷酸，水解后的产物皆为第二信使。

(二)参与细胞蛋白运转

1参与跨细胞运转

文献报道，分布在内皮细胞的小窝囊泡，开口于细胞的表面，细胞与细胞之间的囊泡可形成一个通道，小分子物质可相互交换，小窝成为一些小分子化合物运转的通路。

2参与细胞胞饮作用

小窝内包含许多受体蛋白，小窝将它们运送到细胞内可利用不同的途径：①受体与配基结合后，被小窝囊泡运送到胞浆，配基与受体分离，受体随囊泡回到质膜；②小窝囊泡载着受体与配基，通过胞浆，在细胞的反方向开口将配基释放到细胞外基质。有些毒素(如霍乱毒素)与细胞上的受体结合，也以这种方式进入宿主细胞内。

3参与细胞分选

Martin介绍了一个膜内在蛋白MAL。MAL属酰化蛋白质家族，存于Madin-Darby犬肾细胞，有多个疏水基团插入极化的上皮细胞的脂筏。MAL直接参与极化分选(apicalsorting)。在MDCK细胞内如加入MAL反义寡核苷酸，就无分选功能。MAL即像一个货车，可在质膜、内质网、高尔基体之间循环，运送蛋白。另外BENE蛋白，和MAL一样，也属酰化蛋白质家族。它与小窝蛋白-1结合，位于小窝内，可能这两个蛋白质是脂筏的新成员。

(三)作为病毒感染的通道

在病毒感染早期阶段，病毒通过与细胞表面的受体结合进入细胞。对于大多数非包膜病毒，病毒黏附于细胞后即发生内化，并被运送到细胞内特定区室中。内化的途径有两种，一种是通过网格蛋白导的内吞途径，腺病毒就是利用这样的途径；另一种是通过非网格蛋白依赖的、由小窝蛋白介导的内吞途径，如猿病毒40的内吞。SV40是通过结合到MHCI类分子然后进入细胞的，MHCI类分子介导病毒进入细颈瓶形的细胞膜穴样内陷中。脂筏被认为参与了SV40侵入细胞的过程，因为用胆固醇驱散试剂破坏脂筏，就可以抑制SV40病毒的入侵。这也是目前研究脂筏常用的方法之一。另一种研究脂筏常用的方法是，低温下用非离子型去垢剂提取细胞去垢剂抵抗膜组分。在低温条件下，脂筏可以抵制非离子型去垢剂如TritonX-100的提取，用密度梯度离心分离细胞组分时，脂筏会漂浮在低密度区。通常情况下，MHCI类分子很少能在去垢剂抵抗的膜组分中检测到；但当病毒感染时，这种膜组分中可以检测到富集有大量的MHCI类分子。以上结果提示，脂筏参与了SV40病毒入侵细胞的过程，但目前仍不清楚是由于SV40的结合促使MHCI类分子结合到已经形成的细胞膜穴样内陷中，还是细胞膜穴样内陷在SV40-MHC复合物形成的位点从头开始形成。另一种非包膜的RNA病毒——埃可病毒也是通过脂筏完成其内吞过程。用实时监控显微镜，可以明显观察到荧光标记的EV1被摄入到由绿色荧光标记的caveolin-1组成的小窝体。EV1的感染需要借助动力蛋白Ⅱ、胆固醇等来完成。

(四)脂筏与心血管疾病

内皮来源的一氧化氮生物利用率低下，在动脉粥样硬化症发生过程中起着关键作用。内皮型一氧化氮合成酶(eNOS)直接受到小窝蛋白的调节，与小窝关系密切。实验表明，利用氧化型的低密度脂蛋白作为胆固醇的接收体，可以导致小窝的耗竭，也可以抑制由乙酰胆碱诱导的eNOS的活性，但不影响eNOS的数量和环前列腺素的产量，也不影响eNOS的肉豆蔻酰化、棕榈酰化和磷酸化。去除氧化型低密度脂蛋白，小窝的结构可以得到恢复，并且eNOS亦可再与小窝结合。另外，糖化终末产物，AGEs通过其受体介导，在糖尿病并发症中发挥着重要的作用。(五)脂筏与肿瘤

许多原癌基因和抑癌基因是信号转导通路中处于不同阶段的蛋白质，当它们的生理功能发生改变或缺失时就会促进肿瘤形成。脂筏可以参与信号转导。由此自然让人联想到，脂筏结构和功能的变化与肿瘤发生有密切的关系。小窝蛋白-1基因被作为一种候选的抑癌基因。小窝蛋白-1的mRNA和蛋白质表达水平在肿瘤转化的NIH-3T3培养细胞中出现下调，在乳腺癌转基因小鼠中以及其他起源于人肿瘤的细胞系中这种基因的表达也出现下调。一般来说，确定小鼠的一种原癌基因或抑癌基因需要分析原始鼠胚胎纤维原细胞的生长特性，因此，在对小窝蛋白-1进行了细胞增殖和细胞周期评估后，发现小窝蛋白-1敲除的小鼠胚胎纤维原细胞出现细胞周期整体活性增加，主要出现合成期的增加。

(六)脂筏与朊病毒病

朊病毒病包括人克雅氏病(CJD)、羊瘙痒症和牛海绵样脑病等，其发病原因是细胞朊蛋白(PrPC)的构象转变为异常形式(PrPSC)。PrPC是结合在细胞膜外表面，带有GPI锚结构的糖蛋白。研究表明，小鼠的神经瘤母细胞(N2a)的PrPC聚集在小窝样结构域中，经scrapie感染后N2a(ScN2a)的PrPSC也聚集在相应的结构中。细胞胆固醇水平的降低可以抑制PrPC向PrPSc的转化。这就提示人们，富含胆固醇的小窝样结构域很可能就是朊病毒传播增殖的场所。Kaneko等证实PrPSc是由GPI锚固形式的PrPC转变而来的，并不是来自跨膜的PrPC。由于GPI是小窝结构的标志性蛋白质之一，这也证实了上述实验的结论。

(七)脂筏与肺部疾病

肺泡Ⅰ型上皮细胞富含小窝蛋白-1。在敲除小窝蛋白-1基因的动物中，肺泡空间明显变得狭小，肺泡间隔由于不可控制的上皮细胞增殖和纤维化而变厚，导致严重的肺功能紊乱，这种小窝蛋白-1基因敲除的小鼠在游泳实验中很容易疲劳。

脂质筏结构被人们认识以来，其确实的生理功能仍然需要有待大量研究，期望能应用先进的技术，解决在无试剂干扰的条件下，观察天然单细胞膜脂与膜蛋白的活动。

［参考文献］

［1］周爱儒：《生物化学》，人民卫生出版社2001年9月版。

［2］李志勇：《细胞工程》，科学出版社2003年2月版。

［3］郭勇：《酶工程》，科学出版社2004年8月版。

［4］卢圣栋：《现代分子生物学实验技术》，中国协和医科大学出版社1999年12月版。

［5］NanjundanM，PossmayerFPulmonarylipidphosphatephosphohydrolaseinplasmamembranesignalingplatformsBiochemJ，2001