近日，南方科技大学生命科学学院神经生物学系副教授赵燕课题组在国际学术期刊 Autophagy 上发表了题为“ATG2A acts as a tether to regulate autophagosome-lysosome fusion in neural cells”的研究论文，揭示了 ATG2A 在神经细胞中通过结合 SNARE 膜融合复合物等分子，调控自噬小体和溶酶体的融合过程。

巨自噬（以下简称“自噬”）是细胞内一种高度保守的降解途径，通过形成双层膜自噬小体包裹待降解物质，并运输到溶酶体完成降解和回收再利用。自噬不但是细胞清除异物的重要质控机制，也是细胞应对饥饿等危机的关键应急策略。自噬异常会导致各种疾病的发生发展，特别是神经系统疾病。作为终末分化的细胞，神经细胞无法通过分裂实现自我更新，因此，更需要自噬清除受损细胞器和蛋白质聚集体来维持其正常功能。同时，神经细胞具有高度极化的结构，其自噬过程也具有特殊性：自噬小体通常在轴突末端的突触形成，并通过反向运输至胞体，与溶酶体融合完成降解过程。因此，神经自噬需要特殊的因子和步骤，但其中的分子机制尚不清楚。

酵母和哺乳动物研究均证实 ATG2 介导自噬早期步骤，其具有脂转移活性，通过将磷脂从内质网转移至隔离膜，促进隔离膜延伸形成自噬小体。ATG2 与自噬蛋白 WDR45 及 WDR45B 形成稳定复合物。团队前期研究发现 WDR45 和 WDR45B 特异性在小鼠神经系统自噬发挥关键作用，介导自噬小体与溶酶体融合。这一发现促使团队探索 ATG2 在神经细胞自噬晚期是否也有功能。ATG2A 和 ATG2B 是酵母 Atg2 在哺乳动物细胞中的同源蛋白，功能具有冗余性。非神经细胞中单独敲低 ATG2A 或 ATG2B 基因均不会显著影响自噬，但两基因同时缺失会阻断早期自噬通路。研究团队在小鼠神经母细胞瘤细胞系 Neuro-2a (N2a) 中单独或同时敲低 Atg2a/2b，发现 ATG2A 的单独缺失即引起自噬底物 SQSTM1/p62 和脂化型 LC3-II 明显累积，而 ATG2B 缺失无影响（如图1所示）。该现象在原代培养神经元中也得到验证，提示 ATG2A 在神经细胞自噬中具有特殊的功能。

图1 SQSTM1 和 LC3 的免疫印迹显示，与对照相比，siAtg2a 和 Atg2a/2b DKD N2a 细胞中 SQSTM1 和 LC3-II 的水平显著升高，但在 siAtg2b 细胞中没有

电镜结果显示不同于 Atg2a/2b 双敲细胞中累积无法闭合的杯状隔离膜结构，ATG2A 的缺乏并不影响自噬小体的形成（图2）。Halo-LC3 等多种实验方法也证实 Atg2a 敲低的细胞中存在大量闭合的自噬小体。研究团队进一步探索 ATG2A 在自噬小体与溶酶体融合中的功能，通过 RFP-GFP-LC3 和自噬小体标记 LC3 与晚期内吞体/溶酶体标记 Rab7 共定位等方法，发现 ATG2A 缺失会导致自噬小体无法与晚期内吞体/溶酶体融合。继续进行机制探索，结果显示 ATG2A 作为栓系蛋白结合自噬小体上的 WDR45 和晚期内吞体/溶酶体上的 WDR45B，同时结合膜融合蛋白 SNARE 和另一栓系蛋白 EPG5，并促进融合复合体的形成和自噬小体与溶酶体的融合过程。此外，ATG2A 与 WDR45/45B 的互作有助于促进彼此的蛋白稳定性。

图2 饥饿后 siAtg2a 和 Atg2a/2b DKD N2a 细胞的电镜照片, siAtg2a 细胞中自噬体闭合

综上所述，该研究揭示了 ATG2A 在神经细胞自噬体成熟中的关键作用，ATG2A，而非 ATG2B，作为栓系蛋白介导了自噬小体与晚期内吞体/溶酶体的融合（图3）。这项研究不但有助于理解神经细胞自噬小体成熟的分子机制，对于预防或治疗相关自噬缺陷引起的神经退行性疾病也具有重要意义。

图3 ATG2A 调控神经细胞中自噬体成熟机制示意图

南方科技大学博士研究生郑泽为论文第一作者，赵燕为本论文通讯作者。中科院生物物理所赵红玉博士、姬翠翠博士为该项研究的合作作者。本研究得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划和深圳市科技创新局等的资助支持。

供稿：生命科学学院

文字：郑泽

通讯员：付文卿

主图：丘妍

编辑：曾昱雯