PNAS：脱髓鞘病的最新研究进展

　　

生物通报道：目前，加州大学圣巴巴拉分校的研究人员，使用表面力仪和原子力显微镜，以及分子方法研究髓鞘质膜之间的相互作用，为脱髓鞘病（例如多发性硬化症）带来了更多的见解。相关研究结果发表在最近的《PNAS》杂志上。

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对于一个健康的神经系统来说，轴突——贯穿我们体内的神经细胞的突出部分——必须得到适当的绝缘。传统的电源线需要在其周围有绝缘体，以确保电流的高效和有效传输，同样地，轴突也依赖多个髓鞘质双分子层，使脉冲在大脑和器官、或脊髓和肌肉之间得以快速和最佳地传输。这些双分子层是由脂质（脂肪分子）、蛋白质和水构成。
本文的第一作者、UCSB化学工程系的研究员Dong Woog Lee指出：“基本上，髓鞘质是脂质双分子层的多次叠加。它们需要非常的紧凑，双分子层之间只有很少的水。”

然而，研究人员发现，这些髓鞘质双分子层的成分即使发生一丁点儿变化，也会影响它们绝缘轴突的能力。为了观察和测量健康和病变的髓鞘双分子层之间的差异，他们研究了这些分子层相互之间的粘附能力。

在表面力仪（一种高度敏感的仪器，能够测量膜之间的相互作用）两个相对表面的每一面上，研究人员在云母基板上放置了一层脂质双分子层。然后，他们将该装置浸入一种包含髓鞘碱性蛋白（MBP，在髓鞘质中经常发现的一种生物分子，使髓鞘质具有粘合性能，保持髓鞘的最佳结构）的缓冲液中。他们把两层双分子层紧密结合在一起，使它们粘在一起，然后把它们拉开，测量由双分子层之间的MBP“胶水”所带来的粘接强度，以及MBP的吸附作用——MBP分子粘附双分子层表面的能力。他们用健康的髓鞘质和“疾病样”髓鞘质双分子层完成了这个实验。

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UCSB的研究员Kai Kristiansen称：“与模拟多发性硬化型髓鞘质膜的脂质双分子层相比，模拟正常或健康髓鞘质膜的脂质双分子层，能够更好地吸附这个蛋白。这意味着，该蛋白能够与脂质双分子层强烈地结合，可以使两个相对的脂质双分子层更加牢固地粘合在一起，彼此在一个更小的距离之内——这对于神经元周围运行良好的髓鞘质来说，是非常理想的。”

病变髓鞘质的一个共同特点是肿胀，由于各种原因，例如与MS及其变种相关的自身免疫应答，或者感染的情况，或者接触某些化学物质。遗传学在髓鞘的健康中也发挥作用。

Lee指出：“当疾病继续发展时，人们可以看到它们肿胀，最终起泡，产生伤痕。”遇到冲进两层脂质层之间的水时，脂质双层之间的MBP层也会膨胀。MBP层变得更像凝胶一样，而不是紧凑的分子厚的薄膜。

Lee补充道：“因为双分子层之间有更多的水，所以其绝缘性能下降。”脉冲从那里开始，沿着轴突放慢速度，或者在它们到达目的地后消失，从而导致瘫痪和功能的丧失。

脂质结构域大小和分布如果发生疾病相关的变化，就会使MBP不规则地吸附到脂质双分子层上，并削弱了它们的粘接性能，从而降低神经绝缘。这反过来也导致较低的神经绝缘。

对健康和病变的髓鞘质双分子层的分子研究，有别于传统的遗传学、细胞学或免疫学方法，可以为脱髓鞘疾病的病因和机制提供更多的见解。

UCSB的化学工程与材料学教授Jacob Israelachvili介绍，下一步他们将开发一种人性化的台式仪器，可用于医院和诊所，将某些细胞（正常的和病理的）的细胞膜可视化，这些细胞的结构域可能是疾病进展的一个指标。他说：“目前，我们正在计划与当地一所医院合作，为我们提供这种膜，例如，来自白血病血细胞，我们将用一种合适的荧光染料对其进行标记，以便使其能够成像。”（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Lipid domains control myelin basic protein adsorption and membrane interactions between model myelin lipid bilayers
Abstract：The surface forces apparatus and atomic force microscope were used to study the effects of lipid composition and concentrations of myelin basic protein (MBP) on the structure of model lipid bilayers, as well as the interaction forces and adhesion between them. The lipid bilayers had a lipid composition characteristic of the cytoplasmic leaflets of myelin from “normal” (healthy) and “disease-like” [experimental allergic encephalomyelitis (EAE)] animals. They showed significant differences in the adsorption mechanism of MBP. MBP adsorbs on normal bilayers to form a compact film (3–4 nm) with strong intermembrane adhesion (∼0.36 mJ/m2), in contrast to its formation of thicker (7–8 nm) swelled films with weaker intermembrane adhesion (∼0.13 mJ/m2) on EAE bilayers. MBP preferentially adsorbs to liquid-disordered submicron domains within the lipid membranes, attributed to hydrophobic attractions. These results show a direct connection between the lipid composition of membranes and membrane–protein adsorption mechanisms that affects intermembrane spacing and adhesion and has direct implications for demyelinating diseases.