導讀：近幾十年來，已有諸多研究發(fa)現了溶(rong)(rong)酶體(ti)的(de)(de)重要功能——參(can)與細(xi)(xi)胞(bao)免疫、營養感(gan)知、清(qing)除受損(sun)細(xi)(xi)胞(bao)組分、降解生物大分子等諸多細(xi)(xi)胞(bao)活動。因(yin)此，溶(rong)(rong)酶體(ti)本身的(de)(de)損(sun)傷及活性下(xia)降，在衰(shuai)老和(he)疾(ji)病(bing)中扮演著重要角色；但一(yi)(yi)直以來鮮有研究對(dui)溶(rong)(rong)酶體(ti)的(de)(de)修(xiu)復(fu)機(ji)制進行深(shen)入(ru)探索(suo)(suo)。近日，科(ke)學家們(men)首次(ci)揭示了溶(rong)(rong)酶體(ti)修(xiu)復(fu)的(de)(de)核心機(ji)制——該機(ji)制將引領人們(men)進一(yi)(yi)步探索(suo)(suo)眾多與衰(shuai)老相關的(de)(de)疾(ji)病(bing)，尤其是(shi)包括阿爾茨海默病(bing)在內的(de)(de)神經退性疾(ji)病(bing)。

9月7日，來自匹茲(zi)堡大(da)學(xue)醫學(xue)院細(xi)胞生物(wu)學(xue)系的(de)譚小軍博士與(yu)(yu)衰老研究(jiu)所(suo)所(suo)長Toren Finkel博士在《自然》（Nature）雜(za)志發表了(le)(le)一篇題為“A phosphoinositide signalling pathway mediates rapid lysosomal repair”的(de)細(xi)胞生物(wu)學(xue)領(ling)域研究(jiu)論文。研究(jiu)者們(men)(men)通(tong)過(guo)一系列實驗，首次描述(shu)了(le)(le)一種溶(rong)酶(mei)體修(xiu)復(fu)的(de)核心途(tu)徑(jing)(jing)：PITT途(tu)徑(jing)(jing)（phosphoinositide-initiated membrane tethering and lipid transport）。通(tong)過(guo)該途(tu)徑(jing)(jing)，細(xi)胞能快速修(xiu)復(fu)已(yi)受(shou)損(sun)的(de)溶(rong)酶(mei)體。該發現將(jiang)協助人們(men)(men)進一步了(le)(le)解和治療由溶(rong)酶(mei)體受(shou)損(sun)驅動的(de)與(yu)(yu)年齡相關(guan)的(de)疾病。

//www.nature.com/articles/s41586-022-05164-4

細胞的“自殺口袋”——溶酶體

01

20世紀50年(nian)代(dai)，現代(dai)細(xi)(xi)胞(bao)生(sheng)物學創始人之一(yi)(yi)、諾貝爾生(sheng)理學或醫學獎得(de)主Christian de Duve教授首次發現了動物細(xi)(xi)胞(bao)中(zhong)的(de)“溶(rong)酶(mei)體”（lysosomes），并且一(yi)(yi)度(du)稱之為細(xi)(xi)胞(bao)的(de)“自(zi)殺(sha)口袋”：這種細(xi)(xi)胞(bao)器含有大量水(shui)解酶(mei)，可(ke)(ke)降解細(xi)(xi)胞(bao)內的(de)蛋白質等生(sheng)物大分(fen)子；由此可(ke)(ke)能在細(xi)(xi)胞(bao)自(zi)殺(sha)過程(cheng)中(zhong)發揮作(zuo)用。隨著近幾十(shi)年(nian)來對溶(rong)酶(mei)體的(de)進(jin)一(yi)(yi)步探索，人們(men)已發現溶(rong)酶(mei)體的(de)諸(zhu)多(duo)其(qi)他重要功能——例如，參與(yu)細(xi)(xi)胞(bao)免疫(yi)、營養(yang)感知、清除受損細(xi)(xi)胞(bao)組分(fen)等細(xi)(xi)胞(bao)活動。由此，溶(rong)酶(mei)體自(zi)身的(de)損傷及活性下降，在細(xi)(xi)胞(bao)衰老、人類疾病中(zhong)扮演著至(zhi)關重要的(de)角色。

該(gai)研(yan)究(jiu)論文(wen)的(de)第一作(zuo)者(zhe)、來自匹茲(zi)堡(bao)大學(xue)醫學(xue)院的(de)譚小軍(jun)博士表示：“溶酶體(ti)損(sun)傷是包(bao)括衰老在內的(de)許(xu)多疾(ji)病的(de)標志(zhi)，尤其像阿爾茨海默病等神經退行性疾(ji)病。探索、理(li)解溶酶體(ti)修復的(de)核心機制，將(jiang)幫助我(wo)們進一步(bu)研(yan)究(jiu)正常衰老、與衰老相關(guan)的(de)疾(ji)病。”

溶酶體修復核心機(ji)制——PITT途徑(jing)

02

之(zhi)前的(de)研究(jiu)普遍認(ren)為，細胞中(zhong)存在(zai)兩(liang)種潛在(zai)的(de)溶(rong)酶(mei)體修(xiu)復機制(zhi)——溶(rong)酶(mei)體自噬(shi)（lysophagy）介導(dao)的(de)間接修(xiu)復；以及內體分選復合物(wu)（ESCRT）介導(dao)的(de)直接膜孔修(xiu)復。然(ran)(ran)而，科學家發現，在(zai)缺乏上述(shu)兩(liang)種機制(zhi)的(de)情況下，溶(rong)酶(mei)體損傷仍然(ran)(ran)能夠被快速(su)修(xiu)復；這(zhe)不(bu)禁讓人猜測，細胞中(zhong)還存在(zai)更重(zhong)要的(de)修(xiu)復途徑來(lai)治愈溶(rong)酶(mei)體損傷。

首先，研(yan)究者(zhe)用生物(wu)素對溶(rong)酶體表(biao)面的所有蛋(dan)白進行了標記(ji)，然后(hou)(hou)(hou)通過(guo)組學方法來尋找溶(rong)酶體受(shou)(shou)損后(hou)(hou)(hou)，表(biao)面特(te)異性(xing)富集(ji)的蛋(dan)白。此研(yan)究發現(xian)(xian)，溶(rong)酶體一旦(dan)受(shou)(shou)損，在(zai)短短幾(ji)分鐘后(hou)(hou)(hou)，一種叫PI4K2A的激酶就(jiu)會到達現(xian)(xian)場，隨后(hou)(hou)(hou)導致(zhi)脂質信(xin)號PI4P（磷(lin)脂酰(xian)肌醇4-磷(lin)酸）大量富集(ji)于(yu)溶(rong)酶體表(biao)面。

蛋白組學揭示受損溶酶體表面的PI4P信號(hao)：

b.蛋白組學分析(xi)溶酶(mei)體(ti)表(biao)面蛋白；

c.受損溶酶體PI4P信號示意(yi)圖。

PI4P信號(hao)觸(chu)發(fa)了“警報系統”，有選擇性地對受(shou)損(sun)溶(rong)酶體進(jin)行標(biao)記。這將進(jin)一(yi)步(bu)招募ORP家(jia)族(zu)蛋白(bai)(bai)（包括(kuo)ORP9/10/11和OSBP）——它們一(yi)端結合(he)(he)受(shou)損(sun)溶(rong)酶體上(shang)的PI4P，另一(yi)端結合(he)(he)在內(nei)質網上(shang)。內(nei)質網是細胞(bao)中最大的膜結構細胞(bao)器(qi)，負責脂質與蛋白(bai)(bai)質的合(he)(he)成。在ORP家(jia)族(zu)蛋白(bai)(bai)的幫助(zhu)下(xia)，內(nei)質網與受(shou)損(sun)溶(rong)酶體緊密地結合(he)(he)起來。

在一般的情況下(xia)，內(nei)質(zhi)網和(he)溶(rong)酶(mei)(mei)體(ti)幾乎不會接(jie)觸(chu)，或者僅有十分短暫的局部接(jie)觸(chu)；但此研究發(fa)現(xian)，一旦溶(rong)酶(mei)(mei)體(ti)受損，內(nei)質(zhi)網和(he)溶(rong)酶(mei)(mei)體(ti)就會“相互(hu)擁抱”。譚小軍(jun)博士表示，這可能是目(mu)前觀察到的最強的細(xi)胞器間互(hu)作。

熒光顯(xian)微圖像顯(xian)示(shi)了內質(zhi)網（綠(lv)色）像毯子一(yi)樣包(bao)裹住受損的溶酶體（紅色），細胞核以藍色顯(xian)示(shi)。

通過這種“擁抱”，ORP家族蛋白作為脂質(zhi)轉運體，繼而(er)將膽(dan)固(gu)醇和(he)一種叫做磷脂酰絲氨(an)酸（PS）的脂質(zhi)從內質(zhi)網運送到(dao)溶(rong)酶體，以促進溶(rong)酶體膜的修復(fu)。研究(jiu)者發現，只要溶(rong)酶體上(shang)(shang)能(neng)富(fu)集膽(dan)固(gu)醇和(he)PS中的一種，受損溶(rong)酶體就能(neng)得到(dao)快速修復(fu)。膽(dan)固(gu)醇含量上(shang)(shang)升可以提高(gao)細胞膜的穩定性，這可能(neng)預示膽(dan)固(gu)醇或許(xu)直(zhi)接參與溶(rong)酶體修復(fu)。然而(er)，PS并沒(mei)有(you)已(yi)知的提高(gao)生物膜穩定性的功能(neng)。為了破解PS如(ru)何介導溶(rong)酶體修復(fu)，研究(jiu)者們將目光投向了一系列可能(neng)被PS激(ji)活(huo)的大規模脂質(zhi)轉運蛋白。

他們發現，溶酶體上的PS激活了一種被稱(cheng)為ATG2的脂質(zhi)轉運(yun)蛋白。ATG2就像一座橋梁，將大量脂質(zhi)運(yun)送(song)到溶酶體，直接修(xiu)復(fu)溶酶體膜，在新發現的這一修(xiu)復(fu)途徑中完成最后一步。

研(yan)究者表示：“ATG2有(you)一個(ge)經典的(de)(de)功能，即轉(zhuan)運脂質介導自噬(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)形成。自噬(shi)(shi)和溶酶(mei)體(ti)修(xiu)復(fu)都(dou)依(yi)賴(lai)于(yu)ATG2的(de)(de)脂質轉(zhuan)運功能，但兩個(ge)過(guo)程相(xiang)互獨立，互不(bu)影響。”通過(guo)在(zai)溶酶(mei)體(ti)表面(mian)過(guo)表達ATG2的(de)(de)一個(ge)片段，研(yan)究人員(yuan)選擇性(xing)地阻(zu)斷了內源性(xing)ATG2介導的(de)(de)溶酶(mei)體(ti)修(xiu)復(fu)，發(fa)現ATG2在(zai)自噬(shi)(shi)中的(de)(de)作用并未受此影響。

細(xi)胞快速修(xiu)復溶(rong)酶體損傷的統(tong)一核心機制：PITT途徑(jing)

對理解衰老、衰老相(xiang)關疾(ji)病的(de)意義(yi)

03

綜(zong)上，此研究發(fa)現了細胞快速(su)修(xiu)復溶酶(mei)體損傷的(de)核心機制——溶酶(mei)體損傷促發(fa)了溶酶(mei)體表面的(de)一種(zhong)特殊脂(zhi)質信號PI4P；而這一信號推動了內(nei)質網(wang)和溶酶(mei)體間的(de)強烈(lie)互(hu)作，進而激活內(nei)質網(wang)向溶酶(mei)體的(de)多重脂(zhi)質轉運。

Finkel博(bo)士(shi)說表示(shi)：“這個系統的美妙之處在(zai)于，PITT途徑的所有參與(yu)蛋白都是已知(zhi)的分子，但(dan)過去(qu)并(bing)不(bu)知(zhi)道它(ta)們(men)會相(xiang)(xiang)互合(he)作以及在(zai)溶(rong)酶(mei)體修復過程中發揮作用。這些發現將對理解正常衰老和與(yu)衰老相(xiang)(xiang)關的疾(ji)病產生重要意(yi)義。”

作者(zhe)發現，多種不同機制導(dao)致的溶酶(mei)體損(sun)傷，都(dou)能激活PITT途(tu)徑(jing)。由此推(tui)測，在(zai)健(jian)康人(ren)體內，溶酶(mei)體膜的小破(po)損(sun)會通過PITT途(tu)徑(jing)迅速得到修復(fu)。然(ran)而，當損(sun)傷過度時(shi)——由于衰(shuai)老或(huo)疾病(bing)等因素導(dao)致修復(fu)途(tu)徑(jing)受阻，破(po)損(sun)的溶酶(mei)體會積(ji)聚(ju)在(zai)細(xi)胞內導(dao)致二(er)次傷害(hai)。

以(yi)阿爾(er)茨海默病為例，tau纖維(wei)突破(po)溶酶體膜繼而侵襲(xi)擴(kuo)散是疾病進(jin)展的關鍵步驟。此研究(jiu)通過(guo)實驗(yan)敲除了編碼PITT途徑中(zhong)第(di)一(yi)個酶PI4K2A的基因(yin)，發現tau纖維(wei)的侵襲(xi)擴(kuo)散急劇增加，這表(biao)明(ming)PITT途徑的缺陷可能加速阿爾(er)茨海默病的進(jin)程。

在未來，研究者計劃開發小鼠模(mo)型，以了解激活PITT途徑能否保護(hu)小鼠免于患上阿爾茨海(hai)默病的發展。

參考資料：

//phys.org/news/2022-09-pitt-pathway-scientists-cells-longevity-promoting.html

//k.sina.com.cn/article_5895622040_15f680d9802001dr6m.html?display=0&retcode=0

注(zhu)：本文旨在介紹醫(yi)學研(yan)究進(jin)展，不(bu)能作為治療(liao)方案參考。如需獲得健(jian)康指導(dao)，請至正規(gui)醫(yi)院就診。