脂滴(Lipid Droplet, LD)是细胞内储存中性脂质的动态细胞器,广泛存在于真核生物中。其独特的结构与可变的大小使其能够适应不同细胞的代谢需求,并在能量平衡、脂质代谢及应激响应中发挥核心作用。
一、基本结构:从核心到表面
脂滴的结构呈现“核心-壳”模式,由中性脂质核心、磷脂单层膜及表面蛋白三部分构成。
中性脂质核心
核心成分为甘油三酯(TAG)和胆固醇酯(CE),由内质网(ER)合成后聚集形成疏水环境。TAG是能量储存的主要形式,而CE参与膜结构修饰及类固醇激素合成。核心脂质的组成比例因细胞类型和生理状态而异,例如脂肪细胞中TAG占主导,而肾上腺细胞则富含CE以支持激素合成。
磷脂单层膜
与双层膜的细胞器(如线粒体、内体)不同,脂滴被磷脂单层膜包裹。该膜源于ER膜局部出芽,主要含磷脂酰胆碱(PC)、磷脂酰乙醇胺(PE)等,其疏水尾部朝向核心,亲水头部朝外。这种结构既防止脂质无序聚集,又通过表面电荷调控蛋白结合。
表面蛋白网络
磷脂膜外嵌有功能蛋白,形成动态调控网络:
Perilipin家族(PLIN1-5):锚定膜表面,调节脂解酶接触及脂滴稳定性。例如,PLIN1在脂肪细胞中抑制基础脂解,而PLIN5在氧化型组织(如心肌)中促进脂滴与线粒体互作。
脂解酶(如ATGL、HSL):催化TAG水解为游离脂肪酸,供能时激活。
膜转运蛋白(如Rab GTP酶):介导脂滴与ER、线粒体等细胞器的接触与物质交换。
二、大小特征:动态可变性与细胞特异性
脂滴大小呈现显著异质性,受细胞类型、生理状态及病理条件调控。
直径范围
通常为0.1–2 μm,但极端情况下可达100 μm(如哺乳动物白色脂肪细胞)。肌肉细胞或肝细胞中的脂滴较小(<1 μm),而种子植物脂滴可达数十微米。
动态变化
储存状态:营养过剩时,脂滴通过融合增大,提高储存效率。
分解状态:能量需求增加时,脂滴缩小甚至消失,如禁食时肝细胞脂滴动员。
细胞特异性
脂肪细胞:含单个巨大脂滴(单室脂滴),占细胞体积90%以上。
非脂肪细胞(如肝细胞、巨噬细胞):多个小脂滴分散于胞质,增强代谢灵活性。
三、结构-功能关联
脂滴的结构设计赋予其高效的功能适应性:
核心疏水性确保脂质稳定储存,避免毒性脂质中间体积累。
磷脂单层膜通过表面电荷选择性招募调控蛋白,同时减少膜合成成本(仅需单层磷脂)。
大小可变性使细胞在能量储存与动员间快速切换。例如,小脂滴增大表面积/体积比,促进脂解酶接触;大脂滴则减少膜表面积,降低维持成本。