J Cell Biol｜新机制：内源合成的胆固醇依赖Caveolins包被囊泡从内质网向质膜运输|介导|囊泡|细胞质|胆固醇|蛋白

胆固醇在调节细胞膜的硬度、渗透性、流动性以及微域形成方面起着关键作用。在细胞内部，胆固醇的分布呈现出显著的不均一性。其中，细胞质膜（ PM ）胆固醇浓度最高，约占总脂质的 30-40 mol% 。虽然胆固醇在内质网合成，但新合成的胆固醇并不会久留而会迅速被转运，使得内质网自身仅保留极低浓度的胆固醇（约占总脂质的 1-5 mol% ），利于内质网膜结构重塑及胆固醇的负反馈调控等。从内质网到细胞质膜的胆固醇运输，不仅是细胞内胆固醇分布的关键，也是连接合成与功能的核心环节。然而，驱动这一重要转运过程背后的分子机制，至今仍不清晰。

近日，武汉大学宋保亮团队在 JOURNAL OF CELL BIOLOGY 发表研究论文 ER-derived caveolin-coated vesicles transport newly synthesized cholesterol to the plasma membrane ，系统揭示了内源合成胆固醇从内质网向质膜的运输机制。该研究发现Caveolins包被的囊泡是新合成胆固醇向细胞质膜转运的主要方式，依赖于神经酰胺介导的膜曲率调节和Caveolins蛋白促进囊泡形成，并在PACSINs和DNMs蛋白协助下完成囊泡的释放及转运。此机制为内源合成胆固醇从内质网向质膜运输的关键途径，其阻断会影响细胞生长与增殖。

首先，研究者通过 CRISPR/Cas9 全基因组筛选，确定 DEGS1 为影响新合成胆固醇向质膜的转运的关键基因。 DEGS1 催化二氢神经酰胺生成神经酰胺， DEGS1 酶活突变体不可恢复胆固醇囊泡的产生及转运、鞘磷脂通路中阻碍神经酰胺生成会减少胆固醇囊泡的形成，这些都表明神经酰胺在胆固醇囊泡形成中至关重要。

其次，研究者通过 APEX2 邻近标记技术确定 C aveolins 为与胆固醇囊泡结合的重要蛋白。研究 C aveolin 1 突变体确认了胆固醇结合区域对囊泡形成至关重要。敲降 PACSINs 和 DNMs 导致细胞内胆固醇聚集且质膜胆固醇减少，表明这些囊泡结构蛋白有助于胆固醇囊泡的释放，该囊泡形成后依赖 Myo1c/Myo1e 蛋白沿微丝进行运输。

最后，研究者通过体外 Giant Unilamellar Vesicles （ GUVs ）实验显示，胆固醇囊泡的形成依赖神经酰胺介导的膜曲率变化及 C aveolin 1 的结合。敲降 OSBP 导致细胞质膜胆固醇水平下降了 30% （ DEGS1 或 C AVs 的敲除则使得细胞质膜胆固醇水平下降了约 70% ），而其他位于内质网膜接触位点的甾醇转运蛋白（ STPs ）对质膜胆固醇水平无显著影响。这些数据表明，由内质网产生的胆固醇囊泡是将新合成的胆固醇运输至细胞质膜的主要途径。而功能方面的研究发现， C aveolins 以及 DEGS1 敲除细胞的生长速度仅相当于野生型细胞的一半。