自发曲率表征膜向特定方向弯曲的倾向，因此在众多涉及膜形态重塑的细胞过程中至关重要。然而，在复杂生物膜中，通过实验定量测定自发曲率仍是一项重大挑战，因为膜的异质性使自发曲率的物理解释存在歧义。在此，我们提出一种通用的实验—模拟框架，通过对与细胞相连的巨型质膜囊泡（GPMVs）进行双向膜管牵拉，并结合介观尺度模拟，测量有效自发曲率。对于均质膜，向内与向外牵拉的力差可提供不依赖于膜张力的自发曲率读数。我们表明，这一连续介质可观测量可推广为异质膜中自发曲率的平均值，而不依赖于其微观自发曲率的具体分布。将该方法应用于源自HEK细胞的GPMVs，揭示了质膜在基线状态下具有负自发曲率。蔗糖处理及从细胞外侧添加膜联蛋白A5均可使有效自发曲率发生系统性偏移，而在所测试条件下，黏蛋白报告分子的过表达并未使其发生可测量的改变。我们还通过分选指数测量了单个荧光标记蛋白的曲率印记。以膜联蛋白A5为基准验证时，我们的方法获得的曲率印记与既往全原子分子动力学模拟结果高度相似。综上，该框架使自发曲率成为天然膜及膜蛋白可直接测量的材料性质，从而支持对多种细胞过程中的膜重塑开展定量研究。
自发曲率表征膜向特定方向弯曲的倾向，因此在涉及膜形态重塑的众多细胞过程中至关重要。然而，在复杂的生物膜中，通过实验定量测定自发曲率仍面临重大挑战，因为膜的异质性使自发曲率的物理诠释存在歧义。在此，我们提出一种通用的实验—模拟框架，结合对与细胞相连的巨型质膜囊泡（GPMVs）进行双向膜管牵拉与介观尺度模拟，测量有效自发曲率。对于均质膜，向内与向外牵拉的力差可提供不依赖于膜张力的自发曲率测量值。我们表明，这一连续介质可观测量可推广为异质膜自发曲率的平均值，且不依赖于其底层微观自发曲率分布。将该方法应用于源自HEK细胞的GPMVs，揭示了质膜在基线状态下具有负自发曲率。蔗糖处理和胞外添加膜联蛋白A5均可使有效自发曲率发生系统性偏移，而在所测试条件下，黏蛋白报告分子的过表达并未使其发生可测量的改变。我们还通过分选指数测量了单个荧光标记蛋白的曲率印记。以膜联蛋白A5为基准进行验证时，我们的方法得到的曲率印记与既往全原子分子动力学模拟结果高度相似。综上，该方法使自发曲率成为天然膜及膜蛋白的一种可直接测量的材料性质，从而能够对多种细胞过程中的膜重塑开展定量研究。
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关键词：膜自发曲率 · 膜力学 · 巨型质膜囊泡 · 膜管牵拉 · 膜重塑
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.31.742037v1?rss=1