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胆固醇稳态平衡（cholesterol homeostasis）对维持细胞和机体的生命活动至关重要。哺乳动物细胞主要通过受体介导的脂蛋白（lipoproteins）-胆固醇摄取途径来满足胆固醇需求。然而,目前有关B族清道夫受体（Scavenger Receptor class B,SR-B）参与胆固醇摄取和转运的分子机理仍不清楚。本论文研究了该家族的两个成员LIMP-2（Lysosomal Integral Membrane Protein-2,也称为SCARB2）和SR-B1（也称为SCARB1）在胆固醇代谢过程中的生理功能和作用机制。LIMP-2是B族清道夫受体三个成员中唯一一个定位于细胞内溶酶体膜的蛋白,SR-B1和SR-B3（又称CD36或SCARB3）均为细胞质膜（plasma membrane,PM）蛋白,三者具有相似的二级结构。已知SR-B1和SR-B3均可直接介导脂质转运,而LIMP-2能否参与脂质运输还不清楚。本实验室前期研究获得的LIMP-2结构信息,揭示其具有一个横穿分子的疏水通道。在本论文中,我们阐明了LIMP-2参与脂质转运的新功能,揭示了其介导溶酶体中低密度脂蛋白（low-density lipoprotein,LDL）来源胆固醇输出的新机制。通过分子动态建模（molecular dynamic modeling）,我们发现LIMP-2的疏水通道刚好可容纳胆固醇分子。并且,电镜实验表明,LIMP-2基因敲除小鼠中具有明显的胆固醇样包涵体病变。通过点击化学（click chemistry）、微量热泳动（microscale thermophoresis）、脂质体（liposomes）等实验,我们证实LIMP-2溶酶体腔内域能够在体外结合并转运胆固醇。进一步,细胞实验结果也表明LIMP-2腔内域的疏水通道可以结合并转运LDL来源胆固醇至溶酶体膜,进而到达内质网（endoplasmic reticulum,ER）并储存在脂滴（lipid droplet,LD）。而且,LIMP-2的缺陷会改变固醇调节元件结合蛋白（SREBP2）介导的胆固醇调节以及LDL受体（LDLR）水平,从而调控胆固醇稳态平衡。此外,我们的数据也表明,LIMP-2所介导的溶酶体胆固醇输出途径独立于已知的NPC1（Niemann Pick Type C1）通路。此外,我们探究了定位于细胞质膜的LIMP-2的同源蛋白SR-B1介导高密度脂蛋白（high-density lipoprotein,HDL）来源胆固醇转运的分子和调控机制。SR-B1是HDL的主要受体,具有重要的生理功能,是预防动脉粥样硬化的关键。SR-B1可将血液循环中过量的胆固醇从HDL-胆固醇（HDL-C）转运至类固醇生成组织以及肝脏。目前对SR-B1在HDL-C代谢中的作用机制还不清楚。细胞器互作对于生命活动至关重要,尤其在脂质代谢中发挥重要作用。在本研究中,我们证实了SR-B1通过类似于LIMP-2的分子内疏水通道摄取HDL来源的胆固醇到细胞质膜。进一步,我们发现定位于PM的SR-B1能够与ER膜蛋白VAPB相互作用形成膜接触位点（membrane contact sites,MCSs）。SR-B1和VAPB的缺陷可显著削弱PM胆固醇到ER和LD的转运。而且,阻断Ca2+信号能够显著抑制HDL来源胆固醇的转运。最后,我们发现Ca2+结合蛋白E-Syt1能够与SR-B1和VAPB相互作用并快速响应Ca2+信号,促进MCSs形成。因此,本研究不仅揭示了LIMP-2介导的溶酶体胆固醇输出的新机制,有望对NPC1失活引起的尼曼-匹克病等溶酶体贮积症的治疗提供新靶点,而且明确了SR-B1通过形成ER-PM互作介导HDL来源胆固醇的转运及其调控机制。