Science | 颠覆传统认知：“动物”合成“植物甾醇”

以下文章来源于Mol Plant植物科学 ，作者小果

固醇对大部分真核生物都至关重要。在植物和动物中，固醇的种类有所不同。大多数动物体内广泛存在着胆固醇，胆固醇通过侧链与细胞膜内部的其他脂质相互作用，参与形成细胞膜，控制膜的硬度、流动性、渗透性和曲率等物理特性。

植物中常见的是植物甾醇。与胆固醇相似，植物甾醇也是两亲性（同时具有亲水性和亲油性）的，是所有膜结构的重要组分，例如质膜、线粒体外膜和内质网等。除此之外，植物固醇还影响植物的多种生长发育过程，如细胞分裂、维管组织发育、配子体发育、胚及胚后发育等。

植物甾醇中含量最多的是谷甾醇（sitosterol）。谷甾醇可以调节膜流动性，还可通过限制脂肪链的流动性来控制植物膜中的渗透性。谷甾醇C-24位置的侧链上有两个甲基（-CH3）基团，这两个基团是由C-24甾醇甲基转移酶（sterol methyltransferase1, SMT1）负责添加的。这种烷基化甾醇在真核生物--藻类、植物、真菌和大多数单细胞生物中广泛存在。除此之外，最古老的动物海绵也同样具有SMTs，并产生大量的烷基化甾醇。然而，在其他动物（后生动物）中是否具有SMTs的活性一直存在争议。

之前有研究显示，棘皮动物、刺胞动物以及双壳类动物有可能合成C-24烷基化甾醇，并作为其主要的膜成分[1,2]。但实验过程仍存在着漏洞：作者所选用的实验材料，其体内肠道微生物可能会产生甾醇[2]，进而影响实验结果。近日，Science杂志发表了一篇题为De novo phytosterol synthesis in animals的论文。研究人员Michellod等人选用无内脏的海洋蠕虫（O. algarvensis ）来研究甾醇的生物合成[3]。该材料选用的非常巧妙：该蠕虫不含肠道，无须额外摄入并消化外部的食物，而是通过与细菌形成共生体来维持其生活周期的正常运转。这项研究发现，谷甾醇是蠕虫体内的一种主要脂质成分，与胆固醇一起占总甾醇含量的60%。有趣的是，他们还发现该蠕虫不仅具有完整的胆固醇生物合成途径，而且还具有功能性的SMT，可以对甾醇中间体进行两次连续的甲基化，最终产生谷甾醇。更加令研究团队感到意外的是，SMT基因在动物中广泛存在：在刺胞动物、海绵动物、轮形动物、环节动物和软体动物的5个动物门中都有SMT的身影。这暗示着，在动物界中甾醇的存在比想象中更为普遍。

那么在进化的过程中，SMT基因是何时丢失的呢？化石记录提供了一些线索。通过分析从化石中提取的甾醇残留物，可以估计SMT基因丢失和获得的时间[4,5]。例如，对来自约55000万年前埃迪卡拉生物群化石的类固醇生物标志物分析显示，在一些已知最古老的动物细胞中已经主要或完全含有胆固醇[6,7]。那么可以推测SMT基因的丢失可能在动物历史上很早就出现了。

结语

一方面，胆固醇对于构建细胞膜至关重要；另一方面，胆固醇含量过多会阻塞血管，增加患心血管疾病的风险。然而科学家们发现，植物甾醇对人类是有益的，它们可以改善血液中的胆固醇水平，从而降低心脏病发作或中风的风险。而上述研究中这种不起眼的海洋蠕虫或许可以作为一种有价值的模式生物，让我们更好地了解植物甾醇对人类健康的作用。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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