Toll样受体2缺陷通过性别特异性膜脂重构驱动神经免疫调控新机制

《Communications Chemistry》：Deficiency of Toll-like receptor 2 is a driver of sex-related compositional and structural rearrangements of membrane lipids

本研究针对TLR2缺陷如何影响脑膜脂质组成与结构这一科学问题，通过综合运用高分辨率质谱（IMS MS）与转录组学技术，系统揭示了TLR2缺陷导致脑组织神经节苷脂（Gangliosides）分子多样性显著增加、胆固醇合成通路关键酶表达下调及脂筏内脂质分布异常等现象。尤为重要的是，研究发现上述膜脂重组表现出明显的性别二态性，为理解TLLR2-神经节苷脂-胆固醇轴在性别依赖性神经免疫调节中的作用提供了全新分子视角，对神经发育与免疫相关疾病的机制研究具有重要启示。

　　

在复杂精密的大脑神经网络中，细胞膜不仅是简单的物理屏障，更是动态的功能平台——特别是富含胆固醇和鞘脂的膜微区"脂筏"，如同细胞表面的分子枢纽，协调着信号转导、病原识别等关键生理活动。其中，神经节苷脂（Gangliosides）作为中枢神经系统中含量最丰富的糖鞘脂，与跨膜蛋白Toll样受体2（Toll-like receptor 2, TLR2）共同定位于脂筏，二者在神经炎症、病原体识别等过程中功能交织。然而，TLR2缺陷是否会导致膜脂质组成与空间分布的适应性改变，以及这种改变是否存在性别特异性，始终是未被深入探索的科学盲区。

为解答这一谜题，由Raluca Sabina Ica、Kristina Mlinac-Jerkovic等共同第一作者，Alina D. Zamfir与Svjetlana Kalanj-Bognar作为共同通讯作者领导的研究团队，在《Communications Chemistry》上发表了最新研究成果。研究团队利用TLR2基因敲除（TLR2D）小鼠模型，结合高灵敏度离子迁移谱-质谱（IMS-MS）、液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）和RNA测序等多维技术，系统揭示了TLR2缺陷背景下脑皮质神经节苷脂与胆固醇的分子图谱重塑及其性别依赖性特征。

研究主要关键技术方法包括：通过纳米电喷雾电离离子迁移质谱（nanoESI-IMS MS）对小鼠皮质神经节苷脂进行精细结构解析；采用选择性反应监测（SRM）模式的LC-MS/MS定量分析胆固醇及其合成中间体（如7-脱氢胆固醇、羊毛固醇等）；通过不连续蔗糖梯度超速离心分离脂筏与非脂筏膜组分，并结合蛋白质印迹、点印迹技术分析脂质分布；对皮质组织进行RNA测序以评估神经节苷脂与胆固醇代谢相关基因的转录水平差异。

研究结果部分，首先在"脑糖脂组学模式在TLR2缺陷中表现为高分子复杂性及神经节苷脂聚糖多样性"中发现，TLR2缺陷小鼠脑组织中虽总唾液酸浓度略有降低，但IMS-MS检测显示神经节苷脂物种的多样性和结构复杂性显著升高，尤其在雌性TLR2D小鼠中鉴定到168种神经节苷脂物种，显著高于对照雌鼠的117种，其中GD1、GD2、GT1等多唾液酸化物种数量增加最为明显。

"神经节苷脂物种的结构多样性和修饰在TLR2缺陷中呈性别特异性表达"进一步揭示，TLR2缺陷诱导的神经节苷脂修饰（如岩藻糖基化、O-乙酰化）具有鲜明性别差异：雄性小鼠以岩藻糖基化GD1和GT3为主，而雌性则富集O-乙酰化GM1和GT3；值得注意的是，四唾液酸化的GQ1型神经节苷脂仅在TLR2缺陷雄性小鼠中被检测到。

在"神经节苷脂物种中神经酰胺组成的差异"中，研究人员通过分析神经酰胺的脂肪酸链长度和羟基化程度，发现TLR2缺陷雌鼠神经节苷脂中长链脂肪酸（如GT1(d18:1/26:1)）比例升高，提示其脂质环境发生适应性改变。

尤为关键的是，"IMS CID MS/MS解析了GD1b异构体作为TLR2缺陷雄性小鼠脑组织中最丰富的二唾液酸神经节苷脂物种的结构"：通过碰撞诱导解离串联质谱（CID MS/MS），研究团队精确鉴定了TLR2缺陷雄鼠中高表达的GD1(d18:1/18:0)为GD1b异构体，其两个唾液酸（Neu5Ac）残基定位在内半乳糖上，为理解TLR2缺陷下特定神经节苷脂异构体的功能提供了结构基础。

在"较低的固醇含量表明TLR2缺陷小鼠脑组织中胆固醇合成受阻"部分，LC-MS/MS定量分析显示，TLR2缺陷小鼠脑内总胆固醇及合成中间体（如7-DHC、羊毛固醇）浓度均显著降低，且雌性TLR2D小鼠的降幅最为显著。这与RNA测序中发现的雌鼠胆固醇合成基因（如Hmgcr）低表达相呼应。

"RNA测序揭示TLR2缺陷与性别依赖性转录组谱的关联"表明，TLR2缺陷小鼠中神经节苷脂合成酶基因（如B4galt5、St8sia5）表达下调，且性别间差异显著。例如，St3gal5（GM3合成酶）在对照雌鼠中表达最低，而溶酶体降解基因Neu4在TLR2缺陷雌鼠中表达最高，提示神经节苷脂代谢调控网络存在复杂的性别特异性重编程。

最后，"脂筏分离显示TLR2缺陷导致脑膜脂质分布改变"通过膜分馏实验证实，TLR2缺陷雌鼠的胆固醇及神经节苷脂（如GM1、GD1a）从脂筏向非脂筏区室重新分布，表明TLR2缺失破坏了脂筏的稳定性与组成。

综合讨论与结论，本研究首次系统揭示了TLR2缺陷通过性别特异性方式驱动脑膜脂质（神经节苷脂与胆固醇）的结构重组与功能适配。TLR2缺失不仅引起神经节苷脂物种多样性升高、修饰模式改变，还抑制胆固醇合成通路，并导致脂筏内脂质分布紊乱。这些变化在雌雄个体间呈现显著差异，提示TLR2-神经节苷脂-胆固醇轴可能是整合环境刺激与神经免疫应答的性别依赖性分子开关。该研究不仅为理解神经免疫交叉对话的膜生物学基础提供了新范式，也为性别特异性神经疾病机制研究与治疗策略开发提供了重要理论依据。