纤毛是突出于细胞表面的细胞器，主要由纤毛膜包裹9+2或9+0的细胞微管所构成。纤毛不仅具有运动功能，而且作为“细胞天线”感知外界信号，进而调控个体发育和生理稳态。纤毛的缺陷可导致多种疾病，如男性不育、内脏翻转、肾囊肿、多指症等。纤毛如何维持其细长的筒状结构，至今仍是膜生物学的未解之谜。

11月5日，清华大学生命科学学院潘俊敏课题组在《当代生物学》（Current Biology）在线发表题为“磷脂翻转酶塑造纤毛膜形态并参与纤毛发生”（A lipid flippase shapes the ciliary membrane and is essential for ciliogenesis）的研究论文，揭示了磷脂翻转酶通过调控膜脂分布来维持纤毛特有膜形态、促进纤毛形成的分子机制。

研究团队发现，缺失磷脂翻转酶ALA2会导致纤毛缺损，这一现象在从单细胞绿藻到哺乳动物的系统中均高度保守。超分辨显微成像显示，ALA2定位于纤毛基部，并在纤毛快速生长阶段富集，提示其在纤毛伸长过程中发挥关键作用。透射电镜和扫描电镜进一步揭示，ALA2缺失会导致纤毛膜出现异常膨胀与形态紊乱。

图1.野生型和突变体纤毛顶端的透射电镜（A）和扫描电镜（B）分析

磷脂分子就像构筑生物膜的“积木”，不同种类磷脂在双层膜中的分布决定了膜的曲率与形态。研究发现，ALA2缺失细胞中，原本应位于内层的磷脂酰乙醇胺（PE）异常暴露于外层。由于PE分子具有较小的磷酸基团和较大的脂肪酸尾部，这种分布错位破坏了膜的弯曲平衡，最终导致纤毛膜形态异常。研究提出，在纤毛形成过程中，ALA2通过在纤毛基部“翻转”磷脂分子，重新塑造磷脂的分布，从而保障纤毛膜的筒状结构与稳定生长。

图2.磷脂反转酶调控纤毛膜形态的模式图

生命的起点源自磷脂双层膜的形成。不同膜性细胞器的功能差异，正是建立在膜脂组分与排布的精妙调控之上。该研究首次揭示了磷脂翻转酶在纤毛膜形态建立中的核心作用，为理解膜性细胞器形态生成的分子基础提供了新的思路，也为研究纤毛相关疾病的病理机制奠定了基础。

清华大学生命科学学院2017级博士生王正茂为论文第一作者，生命科学学院教授潘俊敏为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金委、清华-北大生命科学联合中心、疑难重症及罕见病全国重点实验室的资助。