真核細胞的細胞膜是由非對稱分佈的磷脂、膽固醇、鞘磷脂等脂類分子構成的雙層脂膜。穩態情況下，細胞膜脂非對稱的分佈在細胞膜的內外層。例如，磷脂酰絲氨酸（PS）是細胞膜上最重要的帶負電荷的磷脂分子，在穩態情況下主要分佈在細胞膜內側（～95%）。然而，在很多生理和病理過程中，細胞膜的非對稱性會被打破，這個效應被稱作細胞膜脂攪動（lipid scrambling）。Lipid scrambling由細胞膜脂攪亂酶（scramblase）介導。TMEM16F（ANO6）是一種Ca2+依賴的細胞膜脂攪亂酶，在Ca2+的活化下能夠介導細胞膜內磷酸絲氨酸的外翻，改變細胞膜的非對稱性。TMEM16F在進化中高度保守，從Nectria hematococca 到人，都含有相似的攪亂酶結構域。同時它還兼具離子通道的功能。人體缺失TMEM16F會出現凝血障礙症（Scott 綜合症）；而小鼠缺失TMEM16F不僅凝血功能減弱，還會影響骨骼鈣化，甚至存在胚胎致死等多種嚴重的發育缺陷。
然而，活細胞的細胞膜非對稱性為什麼需要改變？在非細胞凋亡的情況下，細胞膜脂非對稱分佈的改變，如PS外翻究竟對細胞意味著什麼？這些細胞生物學基本問題並沒有一個確切的答案。
2020年1月28日，華中科技大學同濟醫學院武寧課題組在Cell Reports雜誌上發表了題為Critical role of lipid scramblase TMEM16F in repair of plasma membrane after pore formation 的研究論文，發現TMEM16F的全新功能-介導細胞膜修復來抵抗細胞膜損傷導致的細胞死亡。該研究提示PS外翻可能只是細胞膜受到損傷後的一個“原始”反應，TMEM16F活化後改變細胞膜脂非對稱分佈，影響細胞膜脂流動性，從而讓細胞能夠順利進行細胞膜修復。該研究也為細胞膜作為“固有免疫”細胞器，保護細胞免受損傷，提供了有力證據。
考慮到免疫細胞往往與病原微生物（包括病毒、細菌、真菌等）直接接觸，而細菌毒素、病毒感染往往直接對細胞膜造成損傷，該研究以免疫細胞為出發點，在體外利用細菌穿孔毒素Listeriolysin O （LLO）、Streptolysin O (SLO)、補體（complement）、去汙劑（saponin）等損傷細胞模，發現穿孔劑可誘導細胞膜PS外翻，並通過Ca2+內流起始細胞膜修復。缺失TMEM16F的細胞，在穿孔試劑處理下無法外翻PS，無法進行細胞膜修復，直接死亡。利用顯微成像進一步發現TMEM16F通過調控質膜出泡和胞外囊泡釋放來修復細胞膜，減少孔洞形成，進而抵抗穿孔劑誘導的細胞死亡。在體內利用李斯特菌感染野生型和TMEM16F敲除的小鼠，發現敲除小鼠更易受到感染，肝臟損傷更為嚴重。機制研究發現TMEM16F敲除小鼠的中性粒細胞（對早期李斯特菌感染起重要殺傷作用）對LLO的損傷更為敏感。
總的來說，該研究發現了TMEM16F參與細胞膜修復的全新功能：當穿孔素蛋白LLO與細胞膜表面分子結合後插入細胞膜內，形成直徑為20nm的孔洞；此時細胞外大量的Ca2+內流，跨膜蛋白TMEM16F被活化，使得原本分佈在胞內的磷酸絲氨酸外翻到胞外；受損的細胞膜形成微粒體從膜上脫落，細胞膜修復完成。而當TMEM16F缺失時，細胞膜的修復功能減弱致使大量細胞內容物的流出，細胞壞死
（下圖）。 TMEM16F介導細胞膜的修復來抵抗穿孔劑LLO誘導的細胞死亡模式圖
一直以來關於TMEM16F的研究大多集中於該分子的結構，注重於解釋為何此分子能夠翻轉PS。眾所周知凋亡的細胞通過PS的外翻作為“eat me”信號，進而被巨噬細胞識別、吞噬和清除，維持內環境的平衡穩定。然而，這種Caspase 活化的PS外翻則不依賴於TMEM16F，是通過另一個細胞膜脂攪亂酶XKR8來實現。該研究提示TMEM16F介導的PS外翻可能作為“repair me”信號，參與細胞膜損傷修復，但具體的調控機制還有待深入研究。
原文鏈接：
https://doi.org/10/1016/j.celrep.2019.12.066
製版人：珂
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