揭秘细胞 “运输密码”：ATP8A1 与内体磷脂酰丝氨酸如何调控多泡体形成与运输？

为解决晚期内体 / 溶酶体途径中 PS 的作用及调控机制不明等问题，华中科技大学研究人员开展 ATP8A1 相关研究。他们发现 ATP8A1 调节 MVB 形成和内吞 - 溶酶体运输。该研究为理解细胞运输机制提供新视角，推荐科研读者阅读12。

　　

在细胞的微观世界里，磷脂酰丝氨酸（PS）作为生物膜的 “小角色”，却有着大作用。它大量聚集在质膜（PM）的内小叶，不仅助力各种信号传导，还在回收内体（REs）的细胞质小叶中发挥关键作用，参与膜运输、调控 Yes 相关蛋白（YAP）依赖的转录以及细胞增殖。然而，当 PS 出现在晚期内体（LEs）和溶酶体时，它的功能却如同神秘的宝藏，等待科学家们去挖掘。

与此同时，P4 - ATPases 家族中的磷脂翻转酶，作为维持膜脂不对称性的 “幕后英雄”，与人类的多种疾病紧密相连。在已知具有 PS 翻转酶活性的 5 种哺乳动物 P4 - ATPases 成员里，ATP8A1 的定位和功能引发了科学家们极大的兴趣。它在不同细胞类型中 “四处奔波”，定位各不相同，在 COS - 1 细胞里它 “定居” 于 REs，在 CHO - K1 细胞中它又出现在 PM，而在 HeLa 细胞中，它主要聚集在 LEs / 溶酶体。尽管此前的研究发现 ATP8A1 在细胞内吞循环中扮演着重要角色，但对于晚期内体中 PS 以及相关翻转酶的功能，科学界仍然知之甚少。

此外，多泡体（MVBs）作为细胞内物质运输的重要 “中转站”，在细胞内膜泡运输过程中发挥着关键作用。不过，除了磷脂酰肌醇磷酸（PIPs），像溶血双磷脂酸（LBPA）和 PS 这些阴离子磷脂是否参与以及如何参与 MVBs 的生成，依旧是未解之谜。

为了揭开这些神秘的面纱，华中科技大学的研究人员展开了深入的探索，并在《iScience》期刊上发表了题为 “ATP8A1 - translocated endosomal phosphatidylserine fine - tunes the multivesicular body formation and the endo - lysosomal traffic” 的论文。他们发现，ATP8A1 作为一种 PS 翻转 P4 - ATPase，在细胞的内吞 - 溶酶体分选内体中发挥着至关重要的作用。它不仅介导 PS 的跨膜转运，还能精细地调节 MVBs 的形成，最终影响降解货物蛋白的周转动力学。这一发现为我们理解细胞内的物质运输和信号调控机制提供了全新的视角，也为相关疾病的研究和治疗开辟了新的方向。

在这项研究中，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：通过共聚焦显微镜技术，他们能够清晰地观察细胞内蛋白质的定位和分布情况；利用蛋白质印迹技术，对蛋白质的表达水平和降解情况进行了准确的检测；借助流式细胞术，精确分析了细胞表面蛋白的表达比例；此外，还运用了 RNA 干扰技术，对特定基因的表达进行调控，从而探究其功能。

下面，让我们详细了解一下这项研究的具体成果。

1. P4 - ATPase 成员 ATP8A1 在 Rab7 阳性区室中高度富集：ATP8A1 由 10 个跨膜螺旋组成，由于缺乏高特异性和敏感性的抗体，研究它的内源性免疫标记困难重重，因此过往多数研究只能依赖 ATP8A1 融合蛋白。研究人员发现，在 HeLa 细胞中，低水平表达的 EGFP 标记的 ATP8A1 在细胞内源性 CDC50A 的帮助下，能够顺利从内质网（ER）中 “逃离”，并主要定位于内体区室，尤其倾向于在 LEs 和 REs 中富集。这一发现就像是找到了一把开启 ATP8A1 功能研究大门的钥匙，为后续研究奠定了坚实的基础。
2. ATP8A1 主要将内体 PS 从腔面小叶翻转到胞质面小叶：研究人员利用融合了荧光蛋白的 C2 结构域（Lact - C2）来 “窥探” PS 在细胞膜小叶的分布情况。他们发现，敲低 ATP8A1 后，内体细胞质小叶的 PS 含量显著减少，而质膜内小叶的 PS 含量却不受明显影响。此外，表达显性负突变体 ATP8A1D409N 也得到了类似的结果，这表明 ATP8A1 的主要职责是将内体 PS 从腔面小叶翻转到胞质面小叶，对质膜 PS 不对称性的影响较小。这一发现揭示了 ATP8A1 在维持内体 PS 不对称性方面的关键作用，就像是找到了细胞内 PS 分布的 “调节开关”。
3. ATP8A1 的缺失增强了内吞溶酶体货物 EGFR 的降解：鉴于 ATP8A1 在 LEs 上的显著富集，研究人员推测它可能参与了内吞降解途径。通过对 EGFR 降解的研究发现，敲低 ATP8A1 会加速 EGFR 的降解，而过表达 ATP8A1 则会延迟其降解。这表明 ATP8A1 就像是 EGFR 降解的 “刹车”，能够负向调节配体依赖的 EGFR 溶酶体降解过程。同时，研究人员还发现 ATP8A1 缺失会改变 AKT 激活动力学，而对 ERK 磷酸化的影响较小，这进一步揭示了 ATP8A1 在细胞信号传导中的重要作用。
4. 阻断细胞质面内体 PS 促进 EGF 诱导的 EGFR 降解：研究人员发现，过表达 PS 特异性探针 23PH 可以阻断内体 PS，从而促进 EGFR 的降解。这表明细胞质面的内体 PS 参与了向溶酶体运输的调控过程，就像是为 EGFR 的降解 “开辟了一条绿色通道”，进一步证明了内体 PS 在细胞内物质运输中的重要作用。
5. ATP8A1 调节 EGFR 进入 MVBs 的 ILVs 分选：研究人员通过表达 Rab5Q79L 产生扩大的内体，以此来观察 EGFR 的分选情况。他们发现，敲低 ATP8A1 会促进 EGF 通过 MVBs 的转移，而过表达 ATP8A1 则会延迟这一过程。这表明 ATP8A1 能够负向调节 EGF 通过 MVBs 的转运，就像是一个 “交通信号灯”，控制着 EGFR 在细胞内的运输速度。此外，研究人员还发现 ATP8A1 缺失会影响毒蕈碱型乙酰胆碱受体（mAChR）M2 等其他降解货物通过 MVBs 的转运，这进一步说明了 ATP8A1 在细胞内物质运输中的广泛作用。
6. ATP8A1 转运的内体 PS 微调 MVB 的形成：研究人员深入探究了 ATP8A1 调节降解途径运输的机制，发现敲低 ATP8A1 会增加 ESCRT 复合物成分在 MVBs 限制膜上的募集，促进 ILVs 的形成。同时，ATP8A1 缺失会导致 MVBs 限制膜细胞质面的 PS 含量减少，而腔内的 PS 含量略有增加，这表明 ATP8A1 转运的内体 PS 对 MVB 的形成起着微调作用，就像是一个 “精细的工匠”，精心塑造着 MVBs 的结构。

在讨论部分，研究人员指出，他们的研究首次揭示了 PS 在 MVBs 形成中的作用，进一步拓展了我们对 P4 - ATPases 介导的 PS 翻转调节膜曲率和囊泡形成的认识。ATP8A1 在维持内体 PS 不对称性方面发挥着关键作用，其功能障碍会改变通过 MVBs 的运输，进而影响细胞内的信号传导。然而，该研究也存在一些局限性，例如在活细胞水平上准确识别和评估内体 PS 转运及其相关生理功能仍然面临挑战，ATP8A1 或其他 P4 - ATPases 在不同细胞类型中的定位和功能差异也有待进一步研究。

尽管如此，这项研究的意义不可小觑。它不仅为我们理解细胞内的物质运输和信号调控机制提供了重要的理论依据，还为相关疾病的研究和治疗提供了潜在的靶点。未来，随着研究的不断深入，我们有望更加全面地了解 ATP8A1 以及内体 PS 在细胞生命活动中的作用，为攻克相关疾病带来新的希望。