近日,我院內(nèi)分泌與代謝病學(xué)科石國軍/陳燕銘教授團隊，聯(lián)合美國弗吉尼亞大學(xué)齊嶺教授、中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院崔雋教授團隊，在國際著名期刊《Advanced Science》（IF：14.3）發(fā)表封面論文 “Coordinated Role of Autophagy and ERAD in Maintaining Neuroendocrine Function by Preventing Prohormone Aggregation”,揭示了正確合成肽類激素的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制系統(tǒng)的核心保護機制。潘序雅博士后、何星博士、吳蘇助理研究員、熊娜碩士為文章的并列第一作者。

文章以下丘腦精氨酸加壓素（AVP）的合成為研究切入點，揭示了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制（ERQC）中兩大核心通路——ERAD（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解）與自噬（autophagy）的動態(tài)協(xié)作機制，并提出“激素前體成熟雙重保護系統(tǒng)（DuPPE）”模型，為激素合成異常的神經(jīng)內(nèi)分泌疾病的治療提供全新視角。

內(nèi)分泌神經(jīng)元中，激素前體的正確折疊與分泌至關(guān)重要，是維持生命活動的基石。這一過程的失衡可導(dǎo)致發(fā)育異常、肥胖、中樞性尿崩癥等多種內(nèi)分泌代謝性疾病。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，細胞進化出復(fù)雜的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制（ERQC）機制對上述過程進行嚴密監(jiān)控及提供相應(yīng)保護。該機制核心在于防止激素前體蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯誤折疊、累積或形成聚集體。其中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)降解（ERAD）通路和自噬（autophagy）通路是兩道關(guān)鍵的防線。

內(nèi)分泌神經(jīng)元中ERAD和自噬在發(fā)育與應(yīng)激狀態(tài)下協(xié)同響應(yīng)

首先對小鼠下丘腦神經(jīng)元單細胞測序結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)在AVP神經(jīng)元中，“自噬”與“ER應(yīng)激響應(yīng)”通路的激活與激素合成的需求緊密同步：在胚胎發(fā)育階段，AVP神經(jīng)元主要依賴基礎(chǔ)ERAD活性維持蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)；而在出生后，自噬通路顯著上調(diào)，尤其在脫水應(yīng)激下，ERAD和自噬通路協(xié)同激活，共同對抗蛋白錯誤折疊。進一步利用基因集變異分析（GSVA）發(fā)現(xiàn)，高表達Avp的神經(jīng)元集群中，自噬與ERAD通路活性顯著增強，提示神經(jīng)內(nèi)分泌元在大量蛋白合成壓力下依賴雙重質(zhì)量控制機制維持穩(wěn)態(tài)。為解析proAVP的具體質(zhì)量控制機制，團隊應(yīng)用TurboID——蛋白鄰近標記技術(shù)發(fā)現(xiàn)proAVP不僅和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白結(jié)合（包括ERAD關(guān)鍵蛋白Sel1L）,還與溶酶體相關(guān)蛋白（如GRN）結(jié)合，提示proAVP蛋白質(zhì)量控制需要ERAD與自噬的協(xié)同參與。

自噬缺陷引起遲發(fā)型中樞性尿崩癥，并存在ERAD代償機制

為進一步探索自噬缺陷AVP神經(jīng)元維持proAVP成熟效率的代償機制，團隊構(gòu)建了AVP神經(jīng)元特異性自噬缺陷小鼠（Atg7^AVP）、ERAD缺陷小鼠（Sel1L^AVP）及自噬/ERAD雙重缺陷小鼠（Atg7;Sel1L^AVP）。發(fā)現(xiàn)Sel1L^AVP小鼠3周齡即發(fā)生中樞性尿崩癥，proAVP在神經(jīng)元內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中形成聚集體累積，并伴隨BiP等分子伴侶表達升高；而Atg7^AVP小鼠在6月齡后才逐漸出現(xiàn)多尿、低滲尿癥狀，但在高滲飲水下癥狀可顯著加重；Atg7;Sel1L^AVP小鼠不僅早期即出現(xiàn)典型尿崩癥狀，且在高滲飲水條件下迅速死亡。此外，發(fā)現(xiàn)在自噬缺陷下ERAD通路激活發(fā)揮部分代償作用，提示ERAD與自噬協(xié)同確保proAVP正確合成、維持機體水平衡的重要性。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自噬受體FAM134B介導(dǎo)proAVP聚集體降解，且調(diào)控ERAD核心蛋白HRD1水平

為進一步探索自噬缺陷AVP神經(jīng)元維持proAVP成熟效率的代償機制，研究通過WB/TurboID等體外實驗證實，ERAD選擇性降解錯誤折疊proAVP單體，而自噬通路則通過FAM134B這一自噬受體依賴途徑特異性降解proAVP聚集體。此外，自噬通路可通過FAM134B依賴的機制降解ERAD關(guān)鍵E3連接酶HRD1；在小鼠中同樣發(fā)現(xiàn)自噬缺陷AVP神經(jīng)元中，HRD1蛋白水平顯著升高。前期報道HRD1可降解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中錯誤折疊proAVP，上述結(jié)果提示神經(jīng)元可能通過ERAD通路的代償性激活以保護因自噬缺陷引起的錯誤折疊proAVP累積及神經(jīng)元損傷。

AVP神經(jīng)元中HRD1蛋白水平隨年齡增長而升高，且軸突中成熟proAVP顯著減少，提示衰老過程中內(nèi)分泌神經(jīng)元proAVP等肽類激素合成后錯誤折疊增加，因而需要更高ERAD通路活性增強錯誤折疊蛋白清除，以維持內(nèi)分泌神經(jīng)元正常功能。而在自噬通路缺陷AVP神經(jīng)元中，HRD1處于較高表達水平，其水平無法隨年齡增長而持續(xù)增加，提示ERAD代償功能或活性可能已處于高位或因長期激活而處于耗竭狀態(tài)，因此在6月齡小鼠開始表現(xiàn)出尿崩癥癥狀。

該研究揭示了ERAD與自噬動態(tài)協(xié)同作用、確保proAVP正確合成的質(zhì)量控制機制，并提出了“激素前體成熟雙重保護系統(tǒng)（Dual?protection system of?prohormone maturation in the?ER,DuPPE；PPE乃借用英文中實驗室常用的Personal Protection Equipment，個人安全防護設(shè)備這一簡稱）”這一模型，為人們理解神經(jīng)內(nèi)分泌激素缺乏相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展提供了新的視角，也為內(nèi)分泌代謝病及神經(jīng)退行性疾病等蛋白錯誤折疊相關(guān)疾病的治療及藥物研發(fā)提供了新靶點、新策略、新思路。

圖解：ERAD通路與ER-phagy通路為神經(jīng)內(nèi)分泌細胞中proAVP的成熟過程提供了“雙保險”。（1）正常條件下，proAVP內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成后，約95%會正確折疊而轉(zhuǎn)運出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；約5%會發(fā)生錯誤折疊，需要被重新折疊或被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)控機制第一道防線（保險）-ERAD通路降解。（2）如果大量錯誤折疊proAVP在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中累積（如長期高滲透壓壓力等），超過了ERAD通路降解能力，則錯誤折疊proAVP會發(fā)生分子間二硫鍵交聯(lián)而形成不溶的聚集體（aggregates）。此時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)控機制第二道防線-ER-Phagy激活，在FAM134B 輔助下，選擇性降解proAVP聚集體。（3）如果ERAD和Autophagy中一條通路缺失，則另一條通路會激活；ERAD缺失會引起Autophagy激活，直接幫助清除proAVP聚集體。

創(chuàng)新模型：DuPPE系統(tǒng)與分子足球賽隱喻

基于上述發(fā)現(xiàn)，團隊提出“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激素前體成熟雙重保護模型（Dual?protection system of?prohormone maturation in the?ER, DuPPE）”，類比實驗室個人防護設(shè)備（PPE），強調(diào)ERAD與自噬分別作為“早期攔截”與“終末清除”防線，共同維護蛋白穩(wěn)態(tài)。此外，研究首次揭示自噬可通過降解ERAD核心蛋白HRD1動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)活性，形成“自噬-ERAD互調(diào)”機制，為細胞應(yīng)對蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)挑戰(zhàn)的智能策略提供新見解。

研究封面以“分子足球賽”為設(shè)計靈感，生動詮釋科學(xué)機制：

紅隊（防御方）：ERAD作為“后衛(wèi)”攔截錯誤折疊單體，自噬（ER-phagy）化身“門將”清除聚集體，如同門將守住最后防線，防止錯誤折疊蛋白聚集體對神經(jīng)元造成損傷。

藍隊（攻擊方）：代表脫水應(yīng)激、ER功能障礙等致病因素，推動前激素proAVP錯誤折疊。

足球：象征proAVP，當它被紅隊（ERAD、自噬等質(zhì)量控制機制）控制時，意味著proAVP正常折疊分泌，如同紅隊進球，神經(jīng)元功能得以維持；而當藍隊（應(yīng)激、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙等）控制足球，即proAVP錯誤折疊聚集，就像藍隊進球，會導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。

這種形象的設(shè)計，生動地展現(xiàn)了神經(jīng)內(nèi)分泌肽類激素在ERQC與錯誤折疊蛋白的“攻防大戰(zhàn)”，這一創(chuàng)意設(shè)計將復(fù)雜機制轉(zhuǎn)化為直觀視覺敘事效果。

原文鏈接: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411662