近日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所朱正江團(tuán)隊(duì)與陳以昀團(tuán)隊(duì)，攻克了生理狀態(tài)下亞細(xì)胞脂質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)，首創(chuàng)了亞細(xì)胞光催化疊氮鄰近標(biāo)記脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)。這一技術(shù)通過(guò)高分辨質(zhì)譜驅(qū)動(dòng)的原位脂質(zhì)組學(xué)分析，實(shí)現(xiàn)了線粒體、細(xì)胞核和溶酶體等關(guān)鍵細(xì)胞器的脂質(zhì)組成解析；發(fā)展了穩(wěn)定同位素示蹤-光催化鄰近標(biāo)記聯(lián)用技術(shù)，完成了細(xì)胞器間脂質(zhì)運(yùn)輸?shù)木珳?zhǔn)定量表征。

　　脂質(zhì)作為生命活動(dòng)的核心物質(zhì)，在細(xì)胞功能中扮演多重關(guān)鍵角色，既是細(xì)胞膜的基本組成，提供疏水隔離環(huán)境與跨膜蛋白嵌入基質(zhì)，又廣泛參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及能量?jī)?chǔ)存等生理過(guò)程，其功能實(shí)現(xiàn)與其在細(xì)胞內(nèi)的空間分布相關(guān)。細(xì)胞內(nèi)不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)通過(guò)獨(dú)特的脂質(zhì)組成，精準(zhǔn)支持特定生化反應(yīng)與功能需求。脂質(zhì)在細(xì)胞器間的有序轉(zhuǎn)運(yùn)，更是維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、能量代謝平衡及信號(hào)調(diào)控的核心環(huán)節(jié)。細(xì)胞器間脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)失調(diào)會(huì)導(dǎo)致多種人類疾病。目前，如何在生理狀態(tài)下對(duì)亞細(xì)胞脂質(zhì)的分布特征、轉(zhuǎn)運(yùn)路徑及代謝規(guī)律進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，已成為生命科學(xué)領(lǐng)域亟待突破的課題。

　　合作團(tuán)隊(duì)依據(jù)脂質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并合成了適用于脂質(zhì)鄰近標(biāo)記的小分子探針；進(jìn)一步以具有細(xì)胞器特異性定位的小分子熒光染料為光催化劑，在可見(jiàn)光照射下激活并催化標(biāo)記探針，使其與特定細(xì)胞器中含親核基團(tuán)如氨基、羥基的脂質(zhì)分子反應(yīng)，得到光催化標(biāo)記脂質(zhì)。團(tuán)隊(duì)結(jié)合高分辨質(zhì)譜驅(qū)動(dòng)的脂質(zhì)組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)無(wú)需分離細(xì)胞器即可實(shí)現(xiàn)亞細(xì)胞定位脂質(zhì)組的精準(zhǔn)分析。利用此技術(shù)，團(tuán)隊(duì)在線粒體、細(xì)胞核與溶酶體中分別鑒定出60至80種脂質(zhì)，涵蓋磷脂酰乙醇胺、烯醚磷脂酰乙醇胺、溶血磷脂酰乙醇胺、溶血烯醚磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、鞘氨醇及膽固醇等七類脂質(zhì)。免疫熒光共定位、傳統(tǒng)細(xì)胞器分離及基因敲除等生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該鄰近標(biāo)記脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)具有較高的亞細(xì)胞定位特異性，為生理?xiàng)l件下解析亞細(xì)胞脂質(zhì)空間分布提供了技術(shù)工具。

　　細(xì)胞內(nèi)常見(jiàn)脂質(zhì)分子在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)從頭合成后，轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體和溶酶體等其他細(xì)胞器。為此，研究團(tuán)隊(duì)將亞細(xì)胞鄰近標(biāo)記脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)與穩(wěn)定同位素示蹤標(biāo)記技術(shù)結(jié)合，發(fā)展出“鄰近標(biāo)記+13C-同位素”雙標(biāo)記策略，定量表征了脂質(zhì)分子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到線粒體、溶酶體、細(xì)胞核等亞細(xì)胞器的轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律，并定量分析了各種脂質(zhì)合成途徑和運(yùn)輸途徑對(duì)特定細(xì)胞器脂質(zhì)組成的貢獻(xiàn)比例。具體而言，脈沖-追蹤實(shí)驗(yàn)表明，磷脂酰絲氨酸由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)在1小時(shí)內(nèi)快速進(jìn)行，且存在脂肪?；溒眯?。連續(xù)標(biāo)記實(shí)驗(yàn)通過(guò)檢測(cè)多個(gè)時(shí)間點(diǎn)線粒體、細(xì)胞核、溶酶體中雙標(biāo)記磷脂酰乙醇胺脂質(zhì)并利用一階速率方程，定量分析了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)CDP-ethanolamine合成途徑（CDP-Etn）與線粒體內(nèi)磷脂酰絲氨酸脫羧酶合成途徑（PSD）對(duì)多種細(xì)胞器內(nèi)磷脂酰乙醇胺脂質(zhì)的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明，線粒體中磷脂酰乙醇胺類脂質(zhì)主要來(lái)源于PSD合成途徑，而細(xì)胞核與溶酶體中磷脂酰乙醇胺脂質(zhì)主要來(lái)源于CDP-Etn合成途徑。線粒體中CDP-Etn合成途徑偏向貢獻(xiàn)含C18:1脂肪?；湹牧字Ｒ掖及奉愔|(zhì)，PSD合成途徑則相反。進(jìn)一步，該方法揭示脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白VPS13A和PDZD8在維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體間脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，且具有脂肪酰基鏈選擇性。同時(shí)，該方法還發(fā)現(xiàn)，mTOR激活可特異性提高溶酶體中膽固醇、磷脂酰乙醇胺類脂質(zhì)和磷脂酰絲氨酸類脂質(zhì)的含量，而不影響整個(gè)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)含量，為細(xì)胞器介導(dǎo)的脂質(zhì)代謝研究提供了技術(shù)支撐。

　　上述研究開(kāi)發(fā)了新的亞細(xì)胞定位光催化疊氮鄰近標(biāo)記脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合穩(wěn)定同位素示蹤與高分辨質(zhì)譜組學(xué)分析，突破了傳統(tǒng)方法的限制，無(wú)需分離細(xì)胞器，即可在活細(xì)胞中精準(zhǔn)測(cè)定不同細(xì)胞器的脂質(zhì)組成及細(xì)胞器間脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律?；诖耍芯繉?shí)現(xiàn)了對(duì)各類脂質(zhì)合成與運(yùn)輸途徑如何貢獻(xiàn)于特定細(xì)胞器脂質(zhì)組成的系統(tǒng)性定量解析，為探討亞細(xì)胞層次的脂質(zhì)代謝規(guī)律及相關(guān)疾病機(jī)制提供了技術(shù)支撐。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-化學(xué)》（Nature Chemistry）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院等的支持。

亞細(xì)胞定位光催化鄰近標(biāo)記脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到線粒體的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)定量分析