導讀：近(jin)幾(ji)十年來，已有諸多研(yan)究(jiu)發現了溶(rong)(rong)酶(mei)體的(de)重要(yao)(yao)功能(neng)——參與細胞(bao)免疫(yi)、營養感知、清除受(shou)損細胞(bao)組分、降解(jie)生物大分子等(deng)諸多細胞(bao)活(huo)動。因此，溶(rong)(rong)酶(mei)體本身的(de)損傷及(ji)活(huo)性下降，在衰(shuai)老(lao)(lao)和疾病(bing)中(zhong)扮演著重要(yao)(yao)角色(se)；但(dan)一(yi)直以來鮮(xian)有研(yan)究(jiu)對溶(rong)(rong)酶(mei)體的(de)修復機制進行深入探索。近(jin)日，科學家們首次揭示了溶(rong)(rong)酶(mei)體修復的(de)核心(xin)機制——該機制將(jiang)引領人(ren)們進一(yi)步(bu)探索眾多與衰(shuai)老(lao)(lao)相(xiang)關的(de)疾病(bing)，尤其是包括阿爾茨海默病(bing)在內的(de)神經(jing)退性疾病(bing)。

9月7日，來自(zi)匹(pi)茲(zi)堡(bao)大學(xue)醫學(xue)院細胞(bao)(bao)生物學(xue)系的(de)譚小軍博(bo)士與(yu)衰老(lao)研(yan)究(jiu)所(suo)(suo)所(suo)(suo)長Toren Finkel博(bo)士在《自(zi)然》（Nature）雜(za)志發(fa)表(biao)了一(yi)篇題為“A phosphoinositide signalling pathway mediates rapid lysosomal repair”的(de)細胞(bao)(bao)生物學(xue)領域研(yan)究(jiu)論(lun)文(wen)。研(yan)究(jiu)者們(men)通過一(yi)系列實驗，首次(ci)描述了一(yi)種溶酶(mei)(mei)體修復的(de)核心途徑：PITT途徑（phosphoinositide-initiated membrane tethering and lipid transport）。通過該途徑，細胞(bao)(bao)能快速修復已受(shou)損(sun)的(de)溶酶(mei)(mei)體。該發(fa)現將協助(zhu)人(ren)們(men)進一(yi)步(bu)了解和(he)治療由溶酶(mei)(mei)體受(shou)損(sun)驅動的(de)與(yu)年齡相關的(de)疾病(bing)。

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

細胞的(de)“自殺口袋”——溶酶體

01

20世(shi)紀(ji)50年代(dai)，現(xian)代(dai)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)生(sheng)物學(xue)創始人(ren)之一、諾貝爾(er)生(sheng)理學(xue)或醫學(xue)獎得主Christian de Duve教授首次發(fa)(fa)現(xian)了動物細(xi)胞(bao)(bao)(bao)中的(de)“溶酶(mei)(mei)體”（lysosomes），并且一度(du)稱之為細(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)“自(zi)殺(sha)口袋”：這種細(xi)胞(bao)(bao)(bao)器含有大量(liang)水解(jie)酶(mei)(mei)，可降解(jie)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)內的(de)蛋白質等(deng)生(sheng)物大分子；由此(ci)可能(neng)在(zai)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)自(zi)殺(sha)過程中發(fa)(fa)揮(hui)作(zuo)用。隨著(zhu)近幾十年來對溶酶(mei)(mei)體的(de)進(jin)一步(bu)探(tan)索，人(ren)們已(yi)發(fa)(fa)現(xian)溶酶(mei)(mei)體的(de)諸多其他重要功能(neng)——例如(ru)，參與細(xi)胞(bao)(bao)(bao)免疫、營養感知(zhi)、清(qing)除受(shou)損細(xi)胞(bao)(bao)(bao)組分等(deng)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)活動。由此(ci)，溶酶(mei)(mei)體自(zi)身的(de)損傷(shang)及活性下降，在(zai)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)衰老(lao)、人(ren)類疾(ji)病中扮演著(zhu)至(zhi)關(guan)重要的(de)角色。

該研究(jiu)論文的第(di)一作(zuo)者、來自匹茲堡大學醫學院的譚小軍博士表示：“溶酶(mei)體(ti)損傷(shang)是包括衰(shuai)老(lao)在(zai)內的許多疾(ji)病(bing)的標(biao)志，尤其像阿爾茨海默病(bing)等神經退行性疾(ji)病(bing)。探(tan)索(suo)、理解溶酶(mei)體(ti)修復的核心(xin)機制，將幫助我們進一步研究(jiu)正常衰(shuai)老(lao)、與衰(shuai)老(lao)相關的疾(ji)病(bing)。”

溶酶體修復核心機制——PITT途徑

02

之前的研究普遍認為，細胞中存在(zai)兩(liang)種(zhong)潛(qian)在(zai)的溶(rong)酶(mei)體(ti)修(xiu)復(fu)機制(zhi)——溶(rong)酶(mei)體(ti)自噬（lysophagy）介導的間接修(xiu)復(fu)；以(yi)及內(nei)體(ti)分選復(fu)合物（ESCRT）介導的直接膜孔修(xiu)復(fu)。然(ran)而，科學家(jia)發現(xian)，在(zai)缺乏上述兩(liang)種(zhong)機制(zhi)的情況下，溶(rong)酶(mei)體(ti)損(sun)傷(shang)仍然(ran)能(neng)夠(gou)被快速(su)修(xiu)復(fu)；這不禁讓人(ren)猜(cai)測，細胞中還存在(zai)更重要的修(xiu)復(fu)途徑來治愈溶(rong)酶(mei)體(ti)損(sun)傷(shang)。

首先，研究者用生物(wu)素對(dui)溶酶(mei)體(ti)(ti)表(biao)面的所有蛋(dan)白進行了標記，然后通過組學方法來尋找溶酶(mei)體(ti)(ti)受損后，表(biao)面特異(yi)性(xing)富集的蛋(dan)白。此研究發(fa)現，溶酶(mei)體(ti)(ti)一(yi)旦受損，在短(duan)短(duan)幾(ji)分鐘后，一(yi)種叫PI4K2A的激酶(mei)就會到達現場(chang)，隨后導(dao)致脂(zhi)質信(xin)號PI4P（磷(lin)脂(zhi)酰肌醇4-磷(lin)酸）大量富集于溶酶(mei)體(ti)(ti)表(biao)面。

蛋白組學揭(jie)示(shi)受損溶酶體表面的PI4P信號：

b.蛋白(bai)組學分析溶酶體表面蛋白(bai)；

c.受損溶酶體PI4P信號示意(yi)圖。

PI4P信號觸(chu)發了“警報系統”，有(you)選擇性地(di)對受(shou)(shou)損(sun)(sun)溶酶體進行標記。這將進一步招募ORP家族蛋(dan)白(bai)(bai)（包(bao)括ORP9/10/11和OSBP）——它們一端結(jie)(jie)合受(shou)(shou)損(sun)(sun)溶酶體上的(de)(de)PI4P，另一端結(jie)(jie)合在(zai)內(nei)質(zhi)(zhi)網上。內(nei)質(zhi)(zhi)網是細(xi)胞(bao)中最大的(de)(de)膜(mo)結(jie)(jie)構細(xi)胞(bao)器(qi)，負責脂質(zhi)(zhi)與蛋(dan)白(bai)(bai)質(zhi)(zhi)的(de)(de)合成。在(zai)ORP家族蛋(dan)白(bai)(bai)的(de)(de)幫(bang)助下(xia)，內(nei)質(zhi)(zhi)網與受(shou)(shou)損(sun)(sun)溶酶體緊密地(di)結(jie)(jie)合起來。

在(zai)一(yi)般的情況(kuang)下，內(nei)(nei)質網(wang)和溶酶(mei)體(ti)幾(ji)乎不(bu)會(hui)接(jie)觸，或(huo)者(zhe)僅有十分短(duan)暫的局部接(jie)觸；但此研究發現，一(yi)旦溶酶(mei)體(ti)受損，內(nei)(nei)質網(wang)和溶酶(mei)體(ti)就會(hui)“相互(hu)擁抱”。譚小軍博士(shi)表示，這可能是目前觀察到的最強(qiang)的細胞(bao)器間互(hu)作。

熒光顯微圖像(xiang)(xiang)顯示(shi)(shi)了內(nei)質(zhi)網(wang)（綠色(se)）像(xiang)(xiang)毯子一(yi)樣包裹住(zhu)受(shou)損的(de)溶酶體(ti)（紅色(se)），細胞核以藍色(se)顯示(shi)(shi)。

通(tong)過這種(zhong)(zhong)“擁抱”，ORP家族蛋白作為脂質(zhi)轉運體(ti)(ti)，繼而將膽固醇和一種(zhong)(zhong)叫做磷脂酰(xian)絲氨酸（PS）的(de)脂質(zhi)從內質(zhi)網運送到溶(rong)酶體(ti)(ti)，以(yi)促(cu)進溶(rong)酶體(ti)(ti)膜(mo)的(de)修復(fu)(fu)。研究(jiu)者發現(xian)，只要溶(rong)酶體(ti)(ti)上(shang)能(neng)富集膽固醇和PS中的(de)一種(zhong)(zhong)，受損溶(rong)酶體(ti)(ti)就能(neng)得(de)到快速(su)修復(fu)(fu)。膽固醇含(han)量上(shang)升(sheng)可(ke)以(yi)提高細胞膜(mo)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)，這可(ke)能(neng)預示膽固醇或(huo)許直(zhi)接參與溶(rong)酶體(ti)(ti)修復(fu)(fu)。然(ran)而，PS并沒有已知的(de)提高生(sheng)物膜(mo)穩(wen)定(ding)性(xing)的(de)功能(neng)。為了破解PS如何(he)介導溶(rong)酶體(ti)(ti)修復(fu)(fu)，研究(jiu)者們將目光投向了一系列可(ke)能(neng)被PS激活的(de)大(da)規模脂質(zhi)轉運蛋白。

他們發現，溶酶(mei)體(ti)上的PS激活了一種(zhong)被稱為ATG2的脂(zhi)質轉運蛋白。ATG2就像一座橋(qiao)梁，將大量(liang)脂(zhi)質運送(song)到溶酶(mei)體(ti)，直(zhi)接修復(fu)溶酶(mei)體(ti)膜，在(zai)新發現的這一修復(fu)途徑(jing)中(zhong)完成(cheng)最后(hou)一步。

研(yan)究(jiu)者表(biao)示：“ATG2有一(yi)個經典(dian)的(de)功(gong)能(neng)，即轉運(yun)脂質介導(dao)(dao)自(zi)噬(shi)(shi)體的(de)形成。自(zi)噬(shi)(shi)和溶酶體修(xiu)(xiu)復都依賴于(yu)ATG2的(de)脂質轉運(yun)功(gong)能(neng)，但兩個過(guo)(guo)程(cheng)相(xiang)互獨立，互不影(ying)響(xiang)。”通過(guo)(guo)在(zai)溶酶體表(biao)面過(guo)(guo)表(biao)達ATG2的(de)一(yi)個片段，研(yan)究(jiu)人員(yuan)選擇性地阻斷了內源(yuan)性ATG2介導(dao)(dao)的(de)溶酶體修(xiu)(xiu)復，發現ATG2在(zai)自(zi)噬(shi)(shi)中的(de)作用并未受此影(ying)響(xiang)。

細胞快速(su)修復溶酶體(ti)損(sun)傷的(de)統一核心(xin)機制：PITT途(tu)徑

對理解衰老(lao)、衰老(lao)相(xiang)關疾病的意(yi)義

03

綜上，此研究發現了細(xi)胞快(kuai)速修(xiu)復溶酶(mei)體(ti)損(sun)傷(shang)的核心機制——溶酶(mei)體(ti)損(sun)傷(shang)促發了溶酶(mei)體(ti)表面的一種特殊脂質(zhi)信號(hao)PI4P；而這(zhe)一信號(hao)推動了內質(zhi)網和溶酶(mei)體(ti)間的強烈互作，進而激活內質(zhi)網向溶酶(mei)體(ti)的多重脂質(zhi)轉運(yun)。

Finkel博士說表示：“這個系統(tong)的美妙之處在(zai)于(yu)，PITT途(tu)徑的所有(you)參與蛋白都是已(yi)知(zhi)的分子，但過去并(bing)不知(zhi)道它們會相(xiang)互合作以及在(zai)溶(rong)酶體修(xiu)復(fu)過程中發揮作用。這些發現將對理解正常(chang)衰老(lao)和與衰老(lao)相(xiang)關的疾病產(chan)生重要(yao)意義。”

作者發現，多(duo)種不同機(ji)制導(dao)(dao)致的溶酶(mei)(mei)體(ti)損傷，都能激活PITT途徑。由此(ci)推測，在(zai)健(jian)康人體(ti)內，溶酶(mei)(mei)體(ti)膜的小(xiao)破損會通過PITT途徑迅(xun)速得(de)到修復。然而，當損傷過度時——由于衰老或疾(ji)病等(deng)因素導(dao)(dao)致修復途徑受阻，破損的溶酶(mei)(mei)體(ti)會積聚在(zai)細胞(bao)內導(dao)(dao)致二次傷害(hai)。

以(yi)阿(a)(a)爾茨海(hai)默病(bing)為例，tau纖(xian)維(wei)突破溶(rong)酶體膜(mo)繼(ji)而(er)侵襲擴(kuo)散是疾病(bing)進(jin)展的(de)(de)關鍵步驟。此研究通(tong)過實驗敲除了編(bian)碼PITT途徑(jing)中第一個酶PI4K2A的(de)(de)基因，發(fa)現tau纖(xian)維(wei)的(de)(de)侵襲擴(kuo)散急劇增加，這表明PITT途徑(jing)的(de)(de)缺(que)陷可(ke)能加速阿(a)(a)爾茨海(hai)默病(bing)的(de)(de)進(jin)程。

在未來，研究者計(ji)劃開發(fa)小鼠(shu)模型，以了解激活PITT途徑能否保護小鼠(shu)免于患上阿(a)爾茨海默病的(de)發(fa)展。

參考(kao)資料(liao)：

//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：本(ben)文(wen)旨(zhi)在介紹(shao)醫(yi)學(xue)研(yan)究(jiu)進(jin)展，不能作(zuo)為(wei)治療方案參考(kao)。如需獲得健康指導，請(qing)至正規醫(yi)院(yuan)就診。