胆固醇依赖的弯曲脂质囊泡结构与动力学：基于干式MARTINI模拟的揭示

胆固醇是膜结构与动力学的关键调控因子，然而，在隐式溶剂粗粒化条件下，其对大型曲率囊泡的影响仍未得到充分理解。大型 Dry MARTINI 囊泡的平衡化具有挑战性，因为在平衡化早期阶段可能出现瞬时膜形变。在本研究中，我们开发了一种叶层特异性的受限平衡化方案，该方案在允许局部脂质弛豫的同时保持囊泡几何形状。所有约束均在正式模拟前移除，且本文报告的所有结果均来自无偏轨迹。结合该方案、Dry MARTINI 力场以及 TS2CG 膜构建器，我们对直径约 50 nm、含有 0–40 mol% 胆固醇的 DOPC 囊泡进行了模拟；对于每种膜组成，均开展了 3 次独立的 20 μs 正式模拟。随着胆固醇浓度升高，膜发生了具有一致性的结构重组，其特征表现为膜厚度和脂质尾链有序性增加，而每种组分对应的单位脂质 Voronoi 面积、脂质尾链交错插入、溶剂可及表面积以及囊泡形状各向异性降低。胆固醇翻转随胆固醇浓度增加而逐步增强，而 DOPC 翻转则表现出可重复的非单调依赖关系，并在约 20 mol% 胆固醇时达到最大值。与我们先前的显式溶剂 MARTINI 模拟比较表明，胆固醇依赖的主要结构变化趋势在两种溶剂表征下均得以保留，而组分特异性的脂质堆积、脂质尾链交错插入以及脂质翻转的绝对幅度仍对溶剂表征较为敏感。总体而言，Dry MARTINI 结合该受限平衡化方案，为研究含胆固醇的大型曲率囊泡提供了一个高效框架。

胆固醇是膜结构与动力学的关键调控因子，然而在隐式溶剂粗粒化条件下，其对大型曲率囊泡的影响仍未得到充分理解。大型 Dry MARTINI 囊泡的平衡化具有挑战性，因为在平衡化早期阶段可能会出现瞬时膜形变。本文开发了一种叶层特异性的受限平衡化方案，在允许脂质局部弛豫的同时保持囊泡几何形状。在正式生产模拟之前，所有约束均已移除，且本文报告的所有结果均来自无偏轨迹。结合该方案、Dry MARTINI 力场以及 TS2CG 膜构建器，我们对约 50 nm、含有 0–40 mol% 胆固醇的 DOPC 囊泡进行了模拟，并针对每种膜组成分别开展了 3 次独立的 20 μs 生产模拟。随着胆固醇浓度升高，膜发生了一致性的结构重组，其特征为膜厚增加和脂质尾链有序性增强，以及每种组分脂质的 Voronoi 单脂面积、脂质尾链互穿程度、溶剂可及表面积和囊泡形状各向异性的降低。胆固醇翻转随着胆固醇浓度增加而逐步增强，而 DOPC 翻转则表现出可重复的非单调依赖关系，并在约 20 mol% 胆固醇时达到最大值。与我们先前的显式溶剂 MARTINI 模拟相比，主要的胆固醇依赖性结构变化趋势在两种溶剂表征下均得以保留，而组分特异性的脂质堆积、脂质尾链互穿以及脂质翻转的绝对幅度仍对溶剂表征敏感。总体而言，Dry MARTINI 结合该受限平衡化方案，为研究含胆固醇的大型曲率囊泡提供了一个高效的框架。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.09.743827v1?rss=1

🏷️ 胆固醇 脂质囊泡 粗粒化分子动力学 膜结构动力学 Dry MARTINI