纖毛是突出于細(xì)胞表面的細(xì)胞器，主要由纖毛膜包裹9+2或9+0 的細(xì)胞微管所構(gòu)成。纖毛不僅具有運(yùn)動(dòng)功能，而且作為 “細(xì)胞天線”感知外界信號(hào)，進(jìn)而調(diào)控個(gè)體發(fā)育和生理穩(wěn)態(tài)。纖毛的缺陷可導(dǎo)致多種疾病，如男性不育，內(nèi)臟翻轉(zhuǎn)，腎囊腫，多指癥等。纖毛如何維持其細(xì)長(zhǎng)的筒狀結(jié)構(gòu)，是膜生物學(xué)的未解之謎。

2025年11月5日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院潘俊敏研究組在Current Biology雜志在線發(fā)表題為A lipid flippase shapes the ciliary membrane and is essential for ciliogenesis（磷脂翻轉(zhuǎn)酶塑造纖毛膜形態(tài)并參與纖毛發(fā)生） 的研究論文，揭示了磷脂翻轉(zhuǎn)酶通過調(diào)控膜脂分布來維持纖毛特有膜形態(tài)、促進(jìn)纖毛形成的分子機(jī)制。同期發(fā)表評(píng)述文章：Ciliary biology: Flippases shape the Chlamydomonas flagellar membrane。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，缺失磷脂翻轉(zhuǎn)酶 ALA2 會(huì)導(dǎo)致纖毛缺損，這一現(xiàn)象在從單細(xì)胞綠藻到哺乳動(dòng)物的系統(tǒng)中均高度保守。超分辨顯微成像顯示，ALA2定位于纖毛基部，并在纖毛快速生長(zhǎng)階段富集，提示其在纖毛伸長(zhǎng)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。透射電鏡和掃描電鏡進(jìn)一步揭示，ALA2缺失會(huì)導(dǎo)致纖毛膜出現(xiàn)異常膨脹與形態(tài)紊亂。

圖1.野生型和突變體纖毛頂端的透射電鏡（A）和掃描電鏡（B）分析。

磷脂分子就像構(gòu)筑生物膜的“積木”，不同種類磷脂在雙層膜中的分布決定了膜的曲率與形態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，ALA2缺失細(xì)胞中，原本應(yīng)位于內(nèi)層的磷脂酰乙醇胺（PE）異常暴露于外層。由于PE分子具有較小的磷酸基團(tuán)和較大的脂肪酸尾部，這種分布錯(cuò)位破壞了膜的彎曲平衡，最終導(dǎo)致纖毛膜形態(tài)異常。研究提出，在纖毛形成過程中，ALA2通過在纖毛基部“翻轉(zhuǎn)”磷脂分子，重新塑造磷脂的分布，從而保障纖毛膜的筒狀結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定生長(zhǎng)。

圖2. 磷脂反轉(zhuǎn)酶調(diào)控纖毛膜形態(tài)的模式圖

生命的起點(diǎn)源自磷脂雙層膜的形成。不同膜性細(xì)胞器的功能差異，正是建立在膜脂組分與排布的精妙調(diào)控之上。本研究首次揭示了磷脂翻轉(zhuǎn)酶在纖毛膜形態(tài)建立中的核心作用，為理解膜性細(xì)胞器形態(tài)生成的分子基礎(chǔ)提供了新的思路，也為研究纖毛相關(guān)疾病的病理機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

本項(xiàng)工作的第一作者為王正茂博士，通訊作者為潘俊敏教授，上海交通大學(xué)曹木青教授和馬里蘭大學(xué)William Snell教授。值得一提的是Snell教授曾為潘俊敏教授的博后導(dǎo)師，曹木青教授曾是潘教授的博士生，這一合作體現(xiàn)了三代師生緊密協(xié)作與連續(xù)的學(xué)術(shù)傳承。上海交通大學(xué)的賀睿達(dá)和清華大學(xué)的劉慶慶對(duì)研究工作也做出了重要貢獻(xiàn)。

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

制版人： 十一

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