脂类：合成、修饰和分析的化学工具

Chemical Society Reviews 1 区 (IF: 42.846 )

研究背景

脂类是细胞的组成成分，在人体的信号传导、能量储存和细胞膜的形成等发挥着重要的作用。由于缺乏新技术和新工具，且脂质结构种类多样复杂，脂质的研究相对蛋白质和糖类等较少。在过去的几十年里，基于脂质的探针作为化学和合成生物学中的有力工具越来越普遍，新的化学技术也不断应用于体外和体内的脂质研究。

研究内容

文章从六个方面阐述了脂质领域在合成、修饰和分析方面的进展。各部分分别为：一、成膜脂质的合成，重点介绍了在铜催化叠氮-炔烃环加成（CuAAC）化学、天然化学连接、动态亚胺化学、无痕神经酰胺连接反应（TCL）和其他连接反应方面的脂质加工的新进展。二、小分子探针配合拉曼光谱可用于完整细胞内不同类脂的亚细胞位置的动力学成像，主要包括合成磷脂的荧光成像、代谢报告荧光成像和受激拉曼光谱成像等。三、蛋白质脂质化和蛋白质-脂质相互作用的探讨，包括蛋白质预酰化的生物正交探针、蛋白质脂肪酰化研究的化学方法和光交联脂质捕捉蛋白质-脂质相互作用等。

图1 蛋白质重组技术中的原位脂质合成技术

（A）以天然化学连接为基础的磷脂膜形成的示意图     （B）酰基麦芽糖硫酯与半胱氨酸功能化溶血磷脂通过天然化学连接合成磷脂

四、脂质修饰在药物传递系统构建中的应用。脂类的疏水特性可以增强载药过程，并提高所得到的脂质-药物结合物的稳定性，脂质体可以自结合形成不同类型的组装体，包括乳剂、脂质体、胶束和纳米颗粒，从而促进药物的传递。此外，脂质-药物结合物在抗癌载体方面的关键特征是增强肿瘤靶向性和降低靶向毒性，因此脂质（脂肪酸、甾体、磷脂和甘油酯）已与各种药物分子（如阿霉素、紫杉醇）结合，具有不同的治疗应用。脂质-药物结合物制备的主要方式有酯化、氨解和形成含水层等。五、光控脂质。通常使用光刺激，人工合成的脂质类似物传递能使处于关闭状态的细胞可逆/不可逆转换到打开状态，这对基础力学研究以及转化和临床应用都很有用。这些脂质包括光开关脂类和光老化脂质等。六、质谱分析中的脂质修饰。质谱由于其很高的灵敏度、准确性和特异性，已成为基础和翻译研究中复杂脂质体分析的有力工具，常被广泛应用于了解生物膜的脂质组织和组成、蛋白质-脂质相互作用和脂质定位。但是，该方法在样品制备、溶解性和脂质不饱和部位的识别方面还存在一定的问题，目前主要通过一些化学方法以及相应的脂质修饰来解决，主要包括双键衍生和脂质体等。

图2 双键衍生化的常见方法——脂质上双键在线/离线处理后反应从而检测到不同的碎片

研究结论

从生命中最基本的问题到癌症疗法的发展，基于新方法新技术已经为以前脂质不可行的研究开辟了新的途径。在这篇综述中，重点强调了化学工具在脂质控制方面的重要作用，介绍了合成、改性、监测和分析脂类的最新方法，也探究了脂类与其他生物分子的互相作用以及脂质分析新型工具的开发等。其中，化学选择反应方法实现了原位脂质合成以及脂质与其他脂质、蛋白质、荧光团和小分子药物的结合，也拓宽其在治疗学、生物燃料、生物传感器和药物递送方面潜在的应用前景；合成工具监测脂质生物合成和转运动力学的方法为探究基本生物信号通路提供宝贵经验。随着脂质领域的不断发展，以及新兴方法的不断产生，为我们深入了解膜行为和脂质生物学铺平道路。

原文链接

Flores J, White B M, Brea R J, et al.Lipids: chemical tools for their synthesis, modification, and analysis[J].Chemical Society Reviews. DOI: 10.1039/D0CS00154F

供稿人：李甜