J Cell Biol｜新機制：內源合成的膽固醇依賴Caveolins包被囊泡從內質網向質膜運輸

膽固醇在調節細胞膜的硬度、滲透性、流動性以及微域形成方面起著關鍵作用。 在細胞內部，膽固醇的分布呈現出顯著的不均一性。其中，細胞質膜（ PM ） 膽固醇 濃度最高，約占總脂質的 30-40 mol% 。 雖然膽固醇在 內質網 合成 ，但新合成 的膽固醇并不會久留 而 會迅速被轉運，使得內質網自身僅保留極低濃度 的膽固醇 （約占總脂質的 1-5 mol% ） ， 利于 內質網膜結構重塑 及 膽固醇的 負反饋調 控 等 。從內質網到細胞 質 膜的膽固醇運輸，不僅是細胞內膽固醇分布的關鍵，也是連接合成與功能的核心環節。然而，驅動這一重要轉運過程背后的分子機制，至今仍 不清晰。

近日，武漢大學 宋保亮 團隊在 JOURNAL OF CELL BIOLOGY 發表研究論文 ER-derived caveolin-coated vesicles transport newly synthesized cholesterol to the plasma membrane ， 系統揭示了 內源合成膽固醇從內質網向質膜 的 運輸機制 。該研究發現Caveolins包被的囊泡是新合成膽固醇向細胞質膜轉運的主要方式，依賴于神經酰胺介導的膜曲率調節和Caveolins蛋白促進囊泡形成，并在PACSINs和DNMs蛋白協助下完成囊泡的釋放及轉運。此機制為內源合成膽固醇從內質網向質膜運輸的關鍵途徑，其阻斷會影響細胞生長與增殖。

首先， 研究者 通過 CRISPR/Cas9 全基因組篩選，確定 DEGS1 為影響新合成膽固醇向質膜的轉運 的 關鍵基因。 DEGS1 催化二氫神經酰胺生成神經酰胺 ， DEGS1 酶活突變體 不可恢復膽固醇囊泡的產生及轉運、 鞘磷脂通路中阻礙神經酰胺生成會減少膽固醇囊泡 的 形成， 這些都 表明神經酰胺在膽固醇囊泡形成中至關重要。

其次，研究者 通過 APEX2 鄰近標記技術確定 C aveolins 為與膽固醇囊泡結合的重要蛋白。研究 C aveolin 1 突變體確認了膽固醇結合區域對囊泡形成至關重要。敲降 PACSINs 和 DNMs 導致細胞內膽固醇聚集且質膜膽固醇減少，表明這些 囊泡結構 蛋白有助于膽固醇囊泡 的 釋放 ，該囊泡形成后依賴 Myo1c/Myo1e 蛋白沿微絲進行運輸。

最后，研究者通過 體外 Giant Unilamellar Vesicles （ GUVs ）實驗顯示，膽固醇囊泡的形成依賴神經酰胺介導的膜曲率變化及 C aveolin 1 的 結合。 敲降 OSBP 導致細胞質膜膽固醇水平下降了 30% （ DEGS1 或 C AVs 的敲除則使得細胞質膜膽固醇水平下降了約 70% ） ， 而 其他 位于內質網膜接觸位點的 甾醇轉運蛋白（ STPs ）對質膜膽固醇水平無顯著影響。這些數據表明，由內質網產生的膽固醇囊泡是將新合成的膽固醇運輸至細胞質膜的主要途徑 。 而功能方面的研究發現， C aveolins 以及 DEGS1 敲除細胞的生長速度僅相當于野生型細胞的一半 。

該研究鑒定出一種新型 的 內質網 產生的 膽固醇 運輸 囊泡 Cholesterol Transport Vesicles (CTVs) ，該類囊泡 由 Caveolins 蛋白包被，其產生依賴神經酰胺， CTVs 特異性地介導了膽固醇從內質網向細胞質膜的轉運過程 。

孫銘博士后、劉源彬博士、博士 生 孫浦雨為論文共同第一作者，宋保亮教授為論文通訊作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1083/jcb.202502001

制版人：十一

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