质膜是指围绕在细胞最外层，由脂质、蛋白质和胆固醇等组成的生物膜，质膜的结构维持了其内部相对稳定的生理环境，同时也起着细胞与环境之间的物质运输、能量转换与信息传递等作用。磷脂是细胞膜的重要组成部分，磷脂双分子层不仅起着天然的屏障作用，还在物质与信息传递、细胞信号转导和免疫应答等方面发挥重要的功能，同时也反应了细胞的生理病理状态。如磷脂酰丝氨酸正常分布在细胞膜的内侧，在细胞凋亡时其会外翻至细胞膜的表面，已成为细胞凋亡检测的重要标志物。因此，通过细胞膜上的脂类分子对生物膜进行选择性识别，对细胞成像、分选、靶向、调控等有着重要的意义。
图1.磷脂分子表位印迹及其对质膜识别的示意图
吉林大学生命科学学院胡良海教授和南京大学刘震教授、东南大学陶纬国教授团队合作开发了一种基于磷脂分子印迹的细胞膜识别新策略（图1），可通过对质膜外层暴露的磷脂表位实现对生物膜的选择性识别。将所制备的磷脂酰丝氨酸印迹材料用于对凋亡细胞进行识别和示踪，流式细胞仪和激光共聚焦显微镜分析显示，该材料具有和Annexin-V相近的标记效率（图2），表明脂质靶向的印迹材料具有高度的配体-受体选择识别性能，为细胞成像与靶向药物递送提供了新的手段。
图2.磷脂分子印迹材料对凋亡细胞的识别
外泌体是细胞分泌的具有磷脂双分子层膜包裹的囊泡状结构小体，与疾病的发生发展有着密切的联系，是疾病标志物筛选的重要来源。因此，磷脂分子印迹材料可通过外泌体外膜表达的磷脂对其进行选择性分离，和传统超速离心方法相比，该方法显示出更高的回收率和特异性（图3）。通过对富集的外泌体蛋白质组学分析，所鉴定到的蛋白中73%来源于外泌体数据库，且Top100蛋白中有91个被鉴定到，Gene Ontology分析表明所鉴定到的绝大多数是细胞外囊泡蛋白，表明了该方法的可靠性和适用性，为基于外泌体的肿瘤液体活检提供了新的技术方案。
图3.磷脂分子印迹材料与传统超速离心法对外泌体富集的比较
这种基于分子印迹的磷脂“人工抗体”为生物膜的标记与调控提供了特有的化学生物学手段，针对细胞膜上脂质分子的分布特征，可对不同生理状态下的细胞膜结构的精细变化进行分辨和干预，为其细胞分泌机制、药物跨膜输运特性、不同病理生理状态下的功能等研究提供新的分子工具。
相关研究以题为“Epitope Imprinting of Phospholipids by Oriented Assembly at Oil/Water Interface for the Selective Recognition of Plasma Membranes”发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2013, e202213938。
吉林大学2019级博士研究生周俊涛和2020级博士研究生程显惠为论文的共同第一作者，吉林大学胡良海教授和南京大学刘震教授为论文的共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金和吉林大学超分子化学生物学研究中心的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202213938
