真核细胞内部结构精巧复杂，各种细胞器各司其职，协同作用以维持细胞的正常功能与生命活动。这些细胞器并非各自独立，而是通过膜接触位点（membrane contact sites，MCSs）进行物质交换与信息交流1,2。然而，在面对营养压力时，细胞器如何通过空间上的紧密接触，帮助细胞适应环境变化，仍是亟待探索的科学前沿。
“亚细胞轴承”：一种全新的细胞器三体结构
2025年6月11日，浙江大学生命科学研究院叶存奇课题组在Cell Reports在线发表了题为“An adaptive organelle triad houses lipid droplets for dynamic regulation”的研究论文。该研究在酵母细胞中首次发现了一种由三种细胞器组成的三体亚细胞结构。这种新型细胞器组织形式的独特之处在于，液泡（功能上类似于哺乳动物细胞的溶酶体）通过融合、膨胀和形变，包裹住粘附着一圈脂滴的细胞核（图1A）。从二维成像观测，这种结构酷似机械上的轴承，因此被形象地命名为“亚细胞轴承”（subcellular bearing）。研究团队深入探究发现，这种结构的形成是动态可逆的。它的出现不仅确保了脂滴的大量合成，以高效储存过剩的乳酸碳源，更显著提高了细胞在营养胁迫过程中脂滴的利用效率，从而为细胞适应环境提供充足的能量保障。
图1：“亚细胞轴承”结构的解析和重构（LD: lipiddroplet，脂滴；N: nucleus，细胞核；V:vacuole，液泡）
为了全面解析“亚细胞轴承”的形态变化及其形成机制，研究人员采取了多角度、高精度的成像策略。他们通过成像筛选手段，探究了在不同碳源条件下发生营养胁迫时，不同细胞器的形态变化。当以乳酸为碳源时，液泡呈现出独特的弯月形、闭环结构，并伴随着大量脂滴的合成。研究人员通过电子断层扫描（electrontomography，图1B）、三维共聚焦重构技术（图1C）和聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM，图1D）对该结构进行了系统解析，证明了大量脂滴在细胞核周围如轨道般有序排列，而液泡则发生显著形变，沿着脂滴和细胞核外膜延展，在空间上形成一个动态封闭的包裹结构。三者在空间上形成一个高度组织化的多细胞器复合体。此外，研究人员通过多通道荧光成像技术，对标记了细胞核膜和液泡膜的细胞进行了长时间动态观察，进一步证实了这种亚细胞结构的形成是一个动态可逆的过程（图2）。
图2：“亚细胞轴承”结构的组装是动态可逆的
脂滴：驱动“亚细胞轴承”组装的关键因子
研究还发现，脂滴的形成对于“亚细胞轴承”结构的组装至关重要。脂滴的形成促使溶酶体接头蛋白Vac8与脂滴蛋白LDO 形成蛋白复合物，进而介导液泡与脂滴的接触（vCLIP）。这种接触使得Vac8富集并朝向核内质网，进一步促进了Vac8与核内质网蛋白Nvj1相互作用，最终桥接介导了液泡与核内质网的接触（Nucleus-vacuole junction，NVJ）。正是由于液泡-脂滴互作（vCLIP）以及液泡与核内质网互作（NVJ）的同时且大量发生，才共同促成了这种液泡包裹着一圈脂滴和细胞核的特殊亚细胞组织形态。
在营养胁迫的后期，脂滴的高效利用是决定细胞存活的关键。在能够形成“亚细胞轴承”结构的野生型细胞中，细胞核周生成的脂滴会通过 Vac8 与 LDO 的作用锚定在液泡表面。这种锚定促进脂滴通过脂噬（lipophagy）途径被高效降解利用。然而，在“亚细胞轴承”结构形成受阻的突变体细胞中，脂滴的降解速率显著降低（图3）。这直接导致细胞在经历长期营养胁迫（> 60小时）时，存活率急剧下降。这说明该三体结构介导的高效脂滴代谢，对于细胞在长期营养匮乏环境中维持充足的能量供应和保障其存活能力，具有重要意义。
图3：“亚细胞轴承”结构促进脂滴代谢
这项研究首次展示了一种代谢需求驱动的新型细胞器互作模式。在营养胁迫条件下，过量乳酸诱导了脂滴的大量合成，并触发NVJ、vCLIP这两种关键膜接触的形成，从而导致液泡膜的延伸、形变以及“亚细胞轴承”这一独特结构的形成。这种由液泡、脂滴和核内质网串联组成的三体亚细胞结构，如同一个“脂代谢高速通道”，能够显著促进脂滴的生长与消耗的代谢周期，从而帮助细胞适应营养胁迫环境（图4）。这项研究不仅深化了我们对细胞器相互作用的理解，也为未来探索细胞适应环境压力的机制提供了全新的视角和研究方向。
图4：“亚细胞轴承”结构帮助细胞应对营养胁迫的模式图
浙江大学生命科学研究院博士研究生邱宏、缪灿为本论文共同第一作者，浙江大学生命科学研究院研究员叶存奇为通讯作者。
参考文献
1、Scorrano, L., De Matteis, M.A., Emr, S., Giordano, F., Hajnóczky, G., Kornmann, B., Lackner, L.L., Levine, T.P., Pellegrini, L., Reinisch, K., et al. (2019). Coming together to define membrane contact sites. Nat Commun 10, 1287.
2、Voeltz, G.K., Sawyer, E.M., Hajnóczky, G., and Prinz, W.A. (2024). Making the connection: How membrane contact sites have changed our view of organelle biology. Cell 187, 257–270.
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