细胞膜内蛋白质运输中脂筏结构的功能

细胞膜内蛋白质运输中脂筏结构的功能 　　　　大多数真核细胞的细胞器膜由多种脂质和蛋白质构成，这个膜将细胞器与胞浆隔离开来。由于这些膜是细胞器与胞浆的隔离面，所以这个膜中的蛋白质和脂质等成分的分子组成和排序对于该细胞器功能的完成非常重要。 　　大家都知道，在细胞内的物质运输中，囊泡发挥着重要的作用。关于转运囊泡产生的机制，通常认为“外壳蛋白”（Coat protein）会产生多个直径小于100 nm 的泡状中间体。这些泡状物能够对蛋白质进行分类和运输，如COPⅠ和COPⅡ（Coat protein com-plexes）介导的内质网和早期高尔基体之间的物质运输、分泌的囊泡形成以及内吞过程。另一个囊泡产生的装置是ESCRT ,它不利用外被中间体（Coated inter-mediate），但也在囊泡裂解过程中发挥作用，如内吞、病毒出芽和膜修复[1].这些机制对于转运囊泡的产生是必不可少的。而囊泡正确地定位到细胞器并与相应的膜融合需要其他因素的帮助。这些功能有一部分是由SNAREs 蛋白复合体完成的。这一蛋白复合体决定转运囊泡什么时候在什么位置与膜融合[2].除了SNAREs 蛋白复合体这一关键机制外，很多的辅助蛋白如适配蛋白（Adaptor protein）选择性地将特殊蛋白带到转运囊泡[3],而 Rab GTP 酶为多种细胞器充当“地址标记”,以利于囊泡的定位[4]. 　　我们对蛋白质在细胞器的运输机制研究和了解的比较多，而对于脂质在细胞膜中的分布了解的比较少。在脂质分选中发挥重要作用的是有不同组成的膜上的结构域，这些结构域中典型的例子是脂筏结构。脂筏是由几种特异的脂质包括胆固醇、鞘糖脂、饱和脂质与蛋白质相互作用形成的组合体，这个组合体是一种液态有序的结构，它与周围流动性的液态结构不同。长久以来盛行的观点认为脂筏是一种大的稳定的结构是不正确的，现在认为脂筏是高度变化的[5] .关于脂筏的特征、组成等有不同的认识，最近通过液-液相分离技术在显微镜下观察到在细胞膜上确实存在脂筏结构，这些脂筏结构的直径在几百纳米以上，它们能够使脂质和蛋白质藏在其中，这使得脂筏结构在膜的转运中能够发挥分选的作用。 　　1 脂筏假说的由来 　　早期对上皮细胞的生物学观察发现其质膜顶端蛋白质和脂质的组成与侧面和基底面不同，比如质膜顶端脂质中含有丰富的鞘糖脂、胆固醇，但缺乏甘油磷脂。人们发现糖基化蛋白和脂质从高尔基体的反转面（TGN）到质膜的运输是同时进行的，表明这是一个TGN介导的过程。后来人们发现从TGN产生不同的囊泡类型，这些不同类型的囊泡包含不同的货物（蛋白质）运往质膜的顶端或侧面和基底面。基于神经鞘脂能够通过氢键相互作用，有人推测神经鞘脂和蛋白质分离到一个结构域中，最终一起运输到质膜的顶端或侧面和基底面。后来人们发现在细胞膜上存在对非离子型去污剂相对有抵抗力的微结构域，我们把这种从TGN到质膜运输蛋白质的由特异的脂质成分组成的结构叫做脂筏[6]. 　　2 脂筏在上皮细胞向质膜 顶端进行物质运输中的作用 　　实验发现抑制胆固醇和鞘脂的合成都会抑制脂筏对蛋白质的转运，已经发现蛋白质的糖基化和脂化都有利于蛋白质被脂筏向质膜顶端的运输。这些修饰包括N-糖基化、O-糖基化和S-酰化（如棕榈酰化）[7],然而后来有人发现对于脂筏结构在蛋白质向质膜顶端转运中发挥的中心作用提出了质疑。比如不是所有的糖磷脂酰肌醇（GPI）锚定蛋白都被运输到质膜顶端，即使它是脂筏运载的[8].而且破坏脂筏结构并不总是导致蛋白质运输错误。为了解释这些现象，人们提出了新的假设：小的动态的脂筏结构可以在蛋白质的作用下形成大的聚合体。后来发现有证据证明这一假设。有作者发现在上皮细胞质膜顶端的GPI锚定蛋白呈聚合状态，而这些蛋白在质膜的基底面和侧面都呈单体[8].这些聚合体好像一到达质膜就分散成单体或二聚体。 　　看起来脂筏结构是蛋白质向质膜顶端运输的一个主要介导结构，所以我们推测细胞膜是一个富含脂筏的结构。已经有实验证实上皮细胞质膜顶端是一个脂筏结构的连续体，这个连续体被少量的非脂筏结构打破[9].而非极性细胞与之不同。非极性细胞的质膜是一种连续的非脂筏状态，在其中有少量的脂筏。但是关于脂筏结构在两类细胞中的含量尚无定论。 　　现在越来越多的发现表明脂筏样的结构可能在内质网中就形成了。内质网中的胆固醇含量比较低（小于 5 mol%），但从内质网到高尔基体再到质膜，胆固醇的含量越来越高，到质膜达到40~50 mol%.同样鞘脂的糖基化也是如此。这些变化导致从内质网到质膜厚度越来越厚，越来越容易检测到脂筏样结构的存在[10].