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，科學家們已經(jīng)接受膽固醇（細胞膜的關鍵成分）并不能統(tǒng)一影響不同類型的膜。但是，弗吉尼亞理工大學物理系助理教授Rana Ashkar領導的一項新研究發(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的生物學應用具有深遠的影響。

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成的薄層，其具有界定細胞邊界并調節(jié)各種生物學功能，包括病毒傳播以及細胞分裂的功能。為了實現(xiàn)這種功能，膜結構應能夠彎曲并允許形狀改變。這種彎曲傾向取決于分子結構單元的堆積程度。Ashkar補充說，更緊密的包裝會導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。

除了膽固醇外，我們的細胞膜還主要由脂質組成，脂質是一種小的脂肪分子，當存在于水中時會自動組裝成雙層結構-人體的近60％由水組成。脂質和膽固醇共同形成了限制我們細胞并調節(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構。當它與我們的細胞膜相互作用時，它會自身卡在脂質之間，從而導致膜的密度更高。根據(jù)結構-屬性關系，這自然會導致膜變硬。

在過去的十多年中，物理學家和生物學家一直認為膽固醇對順式不飽和脂質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準結構-特性關系相矛盾。”

在理想情況下，細胞膜應保持半剛性的結構：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。