近日，南方科技大学生命科学学院副教授赵燕课题组联合医学院助理教授田瑞琳课题组在Journal of Cell Biology上发表了题为“SOD1 is delivered to lysosomes via autophagy to maintain lysosomal function and integrity”的研究论文，揭示了SOD1通过自噬途径转运进入溶酶体，清除溶酶体中的ROS并保护溶酶体正常功能的机制，以及SOD1突变导致ALS的潜在发生机制。

细胞自噬（Autophagy）是真核细胞中一种高度保守的重要降解机制。当细胞受到外界压力时，细胞通过自噬部分无选择性降解的胞内物质，从而为细胞存活提供必需的物质和能量。同时，自噬也负责降解受损细胞器和错误折叠蛋白，在细胞的物质循环中发挥重要作用。神经系统自噬异常与神经退行性疾病的发生和发展密切相关。超氧化物歧化酶1（SOD1）作为细胞内关键的抗氧化酶，其基因突变是肌萎缩侧索硬化症（渐冻症，ALS）的重要病因之一。过去的研究表明，突变的SOD1会形成蛋白聚集体，并引发细胞毒性。然而，蛋白聚集体与致病性之间的关联仍存在争议。SOD1发生突变将导致其抗氧化活性下降，以及细胞氧化还原平衡遭到破坏，此现象可能是神经功能受损的原因之一。因此，SOD1突变引起ALS的致病机制仍有待明确。

神经退行性疾病是一类由于大脑或脊髓中神经元结构或功能退化引起的疾病。神经退行性疾病患者的脑组织切片中，常出现蛋白质聚集体的累积，这些聚集体目前被认为是导致神经退行性疾病的重要原因。溶酶体通路被认为是细胞清除蛋白质聚集体的重要途径，但是其识别和运输蛋白质聚集体的机制尚不明确。为了探究溶酶体在蛋白质聚集体中是否存在清除作用，研究人员利用GFP在酸性环境下荧光淬灭的性质，构建了同时带有mCherry和GFP荧光标签的聚集体蛋白，如双标签标记的蛋白进入酸性溶酶体，则形成仅mCherry阳性的点（图1）。在实验过程中，研究团队发现野生型和带疾病突变G93A的SOD1饥饿后进入溶酶体，意外地不会发生明显降解。进一步研究发现，SOD1蛋白在酸性环境下仍存在超氧化物歧化酶活性，且在分离纯化的溶酶体中也能检测到酶活性，表明溶酶体中SOD1可能具备清除活性氧（ROS）的功能。通过溶酶体活性和ROS水平检测，研究人员验证了SOD1能够清除溶酶体的ROS，并保护溶酶体的正常功能。同时，SOD1对溶酶体ROS的清除，也有助于保护溶酶体抵抗LLoMe导致的膜损伤。研究人员还发现，SOD1突变将导致其自身在中性和酸性条件下活性明显降低，此现象或为SOD1突变致病机制的新发现（图1）。

图1.SOD1在饥饿状态下进入溶酶体，并仍有超氧化物歧化酶活性

为了进一步探究SOD1被转运进溶酶体的机制，研究人员通过基于CRISPRi的全基因组遗传筛选，发现SOD1主要通过自噬途径被转运进入溶酶体。TP53INP1作为一种特异性自噬受体介导了SOD1的识别，TP53INP1通过N端与C端分别与LC3家族蛋白和SOD1结合，帮助胞质中的SOD1定位到自噬小体中，进而转运入溶酶体（图2）。这一途径与酵母中水解酶通过自噬进入液泡中的过程类似，揭示了细胞自噬在维持哺乳动物细胞溶酶体活性方面的新功能。

图2.CRISPRi全基因组遗传筛选发现自噬途径及特异受体TP53INP1介导了SOD1进入溶酶体

综上所述，该研究揭示了SOD1通过结合特异性受体TP53INP1经自噬途径进入溶酶体，并清除溶酶体中的ROS以保护溶酶体活性（图3）。该研究不但有助于理解SOD1的功能，而且揭示了SOD1的突变导致ALS的潜在病理机制，以及细胞自噬的新功能。

图3. SOD1在饥饿条件下转运进入溶酶体及其功能示意图

南方科技大学博士生郑彦哲为第一作者，赵燕和田瑞琳为共同通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。南方科技大学博士后李萌、博士生陈雪临、博士生郑泽及本科生陈子璇为该研究的合作者。本研究得到了国家自然科学基金委、科技部、广东省科学技术厅、深圳市科创委和南方科技大学分析测试中心的资金和技术支持。

论文链接：https://rupress.org/jcb/article-abstract/224/10/e202501007/278180/SOD1-is-delivered-to-lysosomes-via-autophagy-to?redirectedFrom=fulltext

供稿：生命科学学院

文字：赵燕

通讯员：李沐涵

主图：丘妍

编辑：任奕霏