Cell Death & Differentiation丨王陈继/鲁伯埙/赵世民团队合作揭示遗传性痉挛性截瘫SPG54亚型致病基因DDHD2促进脂滴自噬的分子机制和靶向策略

　　

遗传性痉挛性截瘫（Hereditary Spastic paraplegia, HSP）是一组遗传性神经退行性疾病，其特征是下肢进行性痉挛和无力。HSP可以分为单纯型和复杂型，单纯型主要涉及运动神经元退化，而复杂型除了神经学表现外，还会出现其他非神经性症状。目前已经确定了80个与HSP相关的基因或位点，编号为SPG1-80，其遗传模式包括常染色体显性（AD）、常染色体隐性（AR）和X染色体连锁。这些基因涉及各种生物学过程，如轴突运输、内质网形状和动态变化、膜转运、脂质代谢和线粒体功能等。其中一种罕见的复杂型AR HSP是54型痉挛性截瘫（SPG54），由DDHD2基因的双等位基因突变所引起。2大多数DDHD变异会导致蛋白质产物功能丧失，以无义或移码截断突变为主，而一小部分变异为错义突变。 SPG54发病早，通常在生命前十年出现症状，包括痉挛步态、智力残疾、纤维束体变薄以及通过磁共振波谱技术在大脑中检测到脂质峰升高，病理学检查发现SPG54患者大脑神经元中脂滴（lipid droplet，LD）大量积累，提示脂质分解代谢紊乱可能是SPG54的主要致病机理。

 DDHD2与DDHD1、SEC23IP共属于细胞内磷脂酶A1（PLA1）家族。已有生化研究表明，DDHD1和DDHD2具有脂酶的潜力，能在体外水解各种（磷）脂质底物，然而其具体的生理功能和内源性底物尚未完全揭示。敲除DDHD2基因会导致小鼠大脑组织甘油三酯（Triacylglycerol, TAG）水平显著升高，而其他组织无此现象，这种升高可能与神经元中LD累积相关，并由此导致类似SPG54的认知和运动功能障碍。此外，生化检测也证明DDHD2是大脑组织中主要的TAG脂酶。这些发现提示，大脑中有一条由DDHD2主导的TAG代谢途径，破坏该途径可能导致神经元中LD大量累积，产生严重的神经退行性症状。然而，目前人们对DDHD2参与脂质代谢的具体分子机制还不十分清楚。

近日，复旦大学生命科学学院王陈继团队、鲁伯埙团队和复旦大学附属妇产科医院赵世民团队合作在Cell Death & Differentiation杂志发表了题为DDHD2, whose mutations cause spastic paraplegia type 54, enhances lipophagy via engaging ATG8 family proteins的研究论文，该研究发现DDHD2可作为货物受体（cargo receptor），通过与ATG8家族蛋白相互作用来促进脂滴自噬（lipophagy）。

在本研究中，研究人员首先通过亲和纯化质谱（AP-MS）分析发现，DDHD2与自噬相关ATG8家族蛋白（LC3、GABARAP）的多个成员存在相互作用，这些成员在自噬中发挥着至关重要的作用。通过氨基酸序列分析、定点突变和免疫共沉淀实验研究者进一步揭示了 DDHD2 蛋白存在两个LIR （LC3 interaction region）基序，负责介导其与 LC3/GABARAP 的结合。在功能实验中，研究者通过CRISPR/Cas9构建DDHD2敲除细胞系，发现DDHD2 缺失会导致LD累积；而在此基础上过表达DDHD2脂酶活性缺失突变体（S351A）或者LIR突变体均只能部分程度上消解LD，双突变则会使其消解LD作用基本丧失。免疫荧光实验表明DDHD2能够促进LD与LC3B、溶酶体之间的共定位。通过GFP-mCherry livedrop报告系统也证实DDHD2敲除会降低细胞内的脂滴自噬通量。综上所述，DDHD2在LD分解代谢中扮演双重角色，一方面通过其脂酶活性消解LD，另一方面通过与ATG8家族蛋白结合促进LD通过自噬途径降解。

目前临床上对SPG54尚无有效的治疗手段。鉴于LD累积是SPG54的致病因素，如能有效消解病理性LD累积则为一种潜在的靶向治疗思路。LD·ATTECs是鲁伯埙团队开发的一类自噬绑定化合物，其通过疏水作用与选择性LD结合，同时与LC3结合，形成LD/TAG–LD·ATTEC–LC3三元复合物，该复合物可在自噬小体形成过程中绑定LD于自噬小体内进而诱导其通过自噬降解（Cell Research， 2021）。在本研究中，研究人员利用多种细胞模型验证了LD·ATTEC能有效地消解 DDHD2 敲除引起的 LD 积累，这为未来SPG54的治疗提供了一个潜在的靶向策略。

复旦大学生命科学学院博士生贾菲为该论文的第一作者，王陈继、鲁伯埙和赵世民为该论文的共同通讯作者。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41418-024-01261-1