張來福 尹云厚

【摘? ?要】 脂滴是儲(chǔ)存中性脂質(zhì)的細(xì)胞器，對(duì)能量代謝至關(guān)重要，它們廣泛存在于存在于動(dòng)物、植物、真菌，甚至細(xì)菌中。脂滴是油包水乳液在細(xì)胞水溶液中的分散相，乳液的基本生物物理原理對(duì)于脂滴生物學(xué)的重要性正在被人們所重視。由于其存在于分散油相和水胞質(zhì)之間的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，其形成，生長和收縮的具體機(jī)制尤為復(fù)雜，這種機(jī)制使細(xì)胞能夠在代謝能量或膜合成需求發(fā)生變化時(shí)使用乳化油，有利于為細(xì)胞新陳代謝提供更有利的途徑。此外，脂滴表面的磷脂作為表面活性劑組成的調(diào)控對(duì)脂滴的穩(wěn)態(tài)? 和表面蛋白靶向至關(guān)重要。在這里，我們回顧脂滴的乳液結(jié)構(gòu)及其在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定的機(jī)制，并簡述這一新興領(lǐng)域的最新發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 脂滴;結(jié)構(gòu);穩(wěn)定;乳液

長期以來，脂滴（LDs）被認(rèn)為是惰性脂肪顆粒，但在很大程度上被細(xì)胞生物學(xué)家所忽視[1]。然而，最近，脂滴被越來越多地認(rèn)為是代表細(xì)胞生物學(xué)前沿的動(dòng)態(tài)細(xì)胞器[2]。這些普遍存在的細(xì)胞器存在于大多數(shù)真核細(xì)胞中，每個(gè)由磷脂單層圍繞一個(gè)核心的中性脂質(zhì)，如甾醇酯或甘油三酯。許多蛋白質(zhì)修飾它們的表面，其中許多在生物學(xué)中起著功能作用。因此，脂滴在結(jié)構(gòu)上與血漿脂蛋白相似，血漿脂蛋白由細(xì)胞分泌，通過水循環(huán)將脂質(zhì)輸送到身體的不同區(qū)域[3]。我們剛剛開始了解脂滴生物發(fā)生、分解代謝和細(xì)胞功能活動(dòng)的基本方面，脂滴細(xì)胞生物學(xué)知識(shí)的增加對(duì)人類健康和生物燃料領(lǐng)域的應(yīng)用科學(xué)具有重要的作用[4]。

1? 脂滴基本結(jié)構(gòu)

乳狀液是兩種不混溶的流體的混合物：一種流體以液滴的形式分散在另一種流體中[5]。乳液的實(shí)例包括直接乳液（如水中的油滴）或反相乳液（如油中的水滴）。細(xì)胞質(zhì)中的脂滴提供了大多數(shù)細(xì)胞常見的直接乳液的生物學(xué)實(shí)例。細(xì)胞溶膠代表連續(xù)的水相，而分散的油相即脂滴包括中性脂質(zhì)，如三酰甘油、甾醇酯、視黃醇酯、蠟或醚類脂質(zhì)等，這取決于細(xì)胞類型和它們存儲(chǔ)的中性脂質(zhì)類型[6]。

細(xì)胞通過酯化潛在有毒的脂質(zhì)以形成更惰性的中性脂質(zhì)（如三酰甘油或甾醇酯），來處理過量的脂質(zhì)，如脂肪酸（它可以作為洗滌劑）[7]。這些油的形成發(fā)生在雙層膜內(nèi)，然而，由于雙層膜不適合儲(chǔ)存大量的油，因此這些油在細(xì)胞質(zhì)中形成了油滴狀的流體[8]。特異性蛋白可作用于細(xì)胞質(zhì)脂滴以調(diào)節(jié)其生長或利用，近年來，學(xué)術(shù)界逐漸認(rèn)識(shí)到細(xì)胞已經(jīng)進(jìn)化出一種機(jī)制，以有組織和規(guī)范的方式產(chǎn)生和利用脂滴-細(xì)胞溶膠乳液。因此，乳劑科學(xué)中的概念與了解脂滴細(xì)胞生物學(xué)密切相關(guān)。然而，這一模式還沒有很好地融入到脂滴生物學(xué)領(lǐng)域[9]。

為了產(chǎn)生穩(wěn)定的乳狀液，需要表面活性劑如磷脂。人工生成的乳液通常由表面活性劑形成，這些表面活性劑可溶于連續(xù)相但不可溶分散相，與Bancroft規(guī)則一致（其表明乳化劑可溶于連續(xù)相）[10]。當(dāng)表面活性劑的濃度超過其臨界膠束濃度時(shí)，形成的膠束提供表面活性劑儲(chǔ)庫以緩沖乳液液滴的表面積波動(dòng)并因此增加其穩(wěn)定性[11]。對(duì)于細(xì)胞脂滴，表面單分子層的磷脂是主要的表面活性劑。與人工乳劑中使用的其他表面活性劑不同，磷脂既不溶于細(xì)胞質(zhì)水相，也不溶于油相[12]。因此，雙層膜（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜）而不是膠束被用作細(xì)胞的磷脂儲(chǔ)集層。有趣的是，ER雙層和脂滴單層磷脂組成不同。具體來說，脂滴單層膜通常比ER膜含有更多的磷脂酰膽堿，而游離膽固醇和鞘磷脂較少[13]。

導(dǎo)致ER和脂滴組成差異的機(jī)制尚不清楚，但可能對(duì)了解脂滴的生物物理性質(zhì)有重要意義[14]。這種脂質(zhì)分類的一種可能性是，脂質(zhì)組成不同的ER區(qū)域?qū)ｉT用于脂滴的形成[15]。這些結(jié)構(gòu)域可以通過在新生脂滴的位置自發(fā)地對(duì)表面脂質(zhì)進(jìn)行分類產(chǎn)生，也可以通過特定的蛋白質(zhì)介導(dǎo)形成[16]。由于脂滴的表面組成有很大的差異，這種差異的功能意義尤其引人注目。例如，在脂滴生長或收縮過程中，其表面積和磷脂表面活性劑的用量都發(fā)生了顯著的變化[17]。此外，在這些過程中，代謝反應(yīng)的中間產(chǎn)物，如未酯化的甾醇、二?；视停―AG）或脂肪酸，可能積聚在脂滴表面[18]。在這些表面，它們起著稀釋劑的作用，通過增加磷脂的擴(kuò)散，從而導(dǎo)致這些油滴更均勻分布在單層磷脂，降低表面張力（γ），這些動(dòng)態(tài)的界面行為，在某些情況下有利于自發(fā)形成脂滴[19]。

脂滴的大小在細(xì)胞間有很大差別，而且在不同的乳狀液尺度上有所不同，從納米乳狀液到大液滴乳狀液型（即直徑從100nm到100mm）各有不同[20]。例如，酵母中的脂滴通常小于一微米，脂肪細(xì)胞通常幾十或幾百微米[21]。因此，根據(jù)細(xì)胞類型，脂滴可能受到不同的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)失穩(wěn)機(jī)制的影響。然而，目前學(xué)術(shù)界對(duì)于不同大小的脂滴在功能上的不同還知之甚少。

2? 細(xì)胞內(nèi)脂滴穩(wěn)定性

細(xì)胞中脂滴的油相被單層表面活性劑磷脂覆蓋，由于磷脂的兩親性質(zhì)，磷脂優(yōu)先被吸附在界面處，它們通過降低表面張力，為單層提供高彎曲彈性，從而增加脂滴乳液穩(wěn)定性[22]。例如，在存在磷脂的情況下，脂滴的表面張力可以降低到0.1-100毫乇/米（mN / m），與顯示γ～30mN/ m的暴露界面相比，賦予單層更高的彎曲模量或剛度，大約為1-kBT（其中kB是玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度），這在大多數(shù)條件下為脂滴提供了動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性[23]。除了磷脂表面活性劑之外，脂滴表面上的蛋白質(zhì)還可以增加界面彈性，進(jìn)一步有助于脂滴的穩(wěn)定性。然而，即使有磷脂和蛋白質(zhì)存在降低脂滴的表面張力并增加彈性，細(xì)胞中的脂滴乳液也一直處于先天性亞穩(wěn)定的狀態(tài)[24]。

磷脂單層的組成取決于細(xì)胞類型，但主要由磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺和較低程度的磷脂酰肌醇（PtdIns）以及溶血磷脂組成，每一種磷脂都具有特定的界面性質(zhì)，這些界面性質(zhì)決定了它穩(wěn)定乳液的能力[25]。例如，磷脂酰膽堿的形狀是圓柱形的，因此提供了極好的表面積覆蓋，并大大降低了表面張力[26]。相比之下，磷脂酰乙醇胺是錐形的，具有較小的頭部，頭團(tuán)較小，在穩(wěn)定油滴乳劑方面不如磷脂膽堿[27]。一些未酯化的脂質(zhì)，如甾醇或DAG，也可能定位于脂質(zhì)液滴表面，在那里它們可作為較少的最佳表面活性劑，但可填充磷脂之間的空間，并作為輔助表面活性劑。