与胆固醇相比，羟基胆固醇在烷基链中含有另外的羟基，并且能够有效地穿过脑 - 血液屏障。因此，它们负责大脑和循环之间的固醇转移。目前的研究使用2 H NMR光谱，膜渗透性测定和荧光显微镜实验比较了几种羟基胆固醇和胆固醇的膜性质。结果表明羟基胆固醇对脂质链顺序，膜渗透性和侧域形成的影响方面对胆固醇特征的膜性质没有独特的影响。
关键词： 胆固醇; 荧光; 羟基胆固醇; 膜结构; NMR
胆固醇是具有各种生物功能的哺乳动物细胞膜的主要成分。它通过冷凝磷脂来增加双层填充密度，从而在维持膜的屏障功能方面发挥关键作用。此外，胆固醇是质膜动态结构域和侧膜脂质结构域形成的重要参与者，与膜蛋白功能，蛋白质运输和膜内蛋白水解相关[1-3]。人体内的大量胆固醇位于大脑中，在那里它构成了作为电绝缘体的髓磷脂膜的组成部分[4]。胆固醇也是星形胶质细胞和神经元质膜的主要成分[5]。严格控制胆固醇浓度和体内平衡对于身体所有细胞的功能尤其是大脑的功能至关重要。更重要的是，胆固醇的积累和合成速度会在人的一生中受到微妙的改变[4,6]。
不溶性胆固醇在血液中以不同密度的小脂蛋白颗粒运输，胆固醇穿过脂质膜的速度非常低[7]。为了克服血脑屏障，大自然已经开发出有效的机制，将胆固醇转化为代谢物，这些代谢物很容易扩散到大脑中。这些代谢产物主要是氧化甾醇（24 S） - 羟基胆固醇（24 S -HC），用于从大脑到血液的转运，27-羟基胆固醇（27-HC）用于相反方向的转运[4,6,8]。这些分子被胆固醇分子烷基链端的羟基修饰，除胆固醇的OH部分外，还向疏水四环体系引入第二个极性中心（图1）。这个假定的简单修改是更好的膜渗透性的原因（见下文，[7]）。一个非常有趣的发现是，24的血浆水平小号 -HC，这是几乎仅在脑中产生的[6] ，可以用作神经变性和神经疾病的标记物，包括阿耳茨海默氏病[4,6,8,9]。
已经广泛研究了胆固醇的生物物理特性及其对脂质膜的影响，作为理解该分子的细胞生物学重要性的基础。已经表明，胆固醇的膜特性非常适合于对其他膜成分产生非常特殊的影响，导致对膜脂质和蛋白质的包装和侧向组织的高度特征性影响[1,10-13]。即使胆固醇分子结构的非常小的改变也会导致与磷脂的相互作用及其膜屏障功能的巨大差异。有趣的是，不仅四环甾醇环系统的修饰导致分子膜结构的显着变化以及相应的甾醇与膜脂和蛋白质之间的相互作用[14-17]，而且胆固醇的等分支侧链也发生了变化。对膜性能的重要影响[18-20]。
对于hydroxysterols 24 小号 -HC和27-HC，它们对膜性能的影响小的实验数据是可用的。到目前为止，使用荧光技术在两种羟基甾醇的存在下仅观察到轻微改变的脂质迁移率[21]。此外，在分子动力学模拟中发现，与天然胆固醇相比，羟基醇对脂质缩合的影响减小但仍然显着，这可能是由于甾醇向膜法线的倾斜角度增加所致[8,21]。然而，使用2 H NMR测量，在24 S -HC 存在下仅观察到酰基链顺序的非常小的增加[8]。令人惊讶的是，在同一项研究中，24与测量二苯基己三烯（DPH）各向异性的内源性胆固醇相比，S -HC和27-HC对酰基链顺序表现出相当的效果。此外，发现红细胞和血浆之间的分子的高交换率[7]，表明24 S -HC和27-HC可以 - 与胆固醇相反 - 快速穿过质膜。对于其他氧固醇，如7-酮胆固醇和25-羟基胆固醇，也发现形成侧脂质结构域的倾向较低，磷脂缩合作用减弱。这些性质取决于羟基的分子位置，与各自分子的细胞毒性作用相关[22,23]。
在目前的研究中，研究了羟基胆固醇对膜性质如脂质链填充，膜渗透性和膜结构域形成的影响。通过使用各种生物物理技术，例如NMR和荧光光谱以及荧光显微术，将这些参数与胆固醇获得的参数进行比较。