范可尼贫血蛋白缺失导致细胞依赖溶酶体胞吐：DNA修复通路与非经典功能的新联系

《Cell Death & Disease》：Loss of Fanconi anemia proteins causes a reliance on lysosomal exocytosis

本研究针对范可尼贫血（FA）通路缺陷导致的头颈鳞癌治疗难题，通过CRISPRi筛选发现FA蛋白缺失引发溶酶体健康缺陷和自噬失调，导致细胞依赖SNAP23/STX4介导的溶酶体胞吐生存。该发现首次将FA通路与溶酶体质量控制体系联系起来，为开发非DNA损伤性治疗方案提供新靶点。

　　

在遗传病研究领域，范可尼贫血（Fanconi anemia, FA）犹如一个神秘的基因修复师家族，其成员由23个基因组成，专门负责修复DNA链间交联（inter-strand crosslinks, ICL）。当这个修复家族出现功能缺陷时，细胞便会陷入基因组不稳定的危机，患者不仅面临骨髓衰竭和急性髓系白血病的风险，更令人担忧的是其头颈部鳞状细胞癌（HNSCC）发病率比普通人群高出500-800倍。由于FA患者固有的DNA修复缺陷，传统放疗和化疗会带来严重毒性反应，使得治疗选择极其有限，平均寿命仅20-30岁。这一严峻现实迫切要求科学家超越FA通路在DNA修复中的经典角色，探索其更广泛的生物学功能，从而为FA相关癌症寻找新的治疗策略。

在这项发表于《Cell Death and Disease》的研究中，Becky Xu Hua Fu及其团队通过创新性的功能基因组学方法，揭开了FA通路一个前所未有的非经典功能——调控溶酶体健康和自噬稳态。研究人员采用基因组规模的CRISPR干扰（CRISPR-interference, CRISPRi）筛选技术，在等基因的FA通路突变（FANCD2缺失）和野生型头颈癌模型中进行筛选，意外发现溶酶体相关基因成为FA缺陷细胞的特异性依赖。这一发现引领团队进入了一个全新的研究领域：FA通路缺陷如何通过影响溶酶体功能，进而改变细胞生存策略。

为开展这项研究，团队主要运用了以下几项关键技术：首先，在FA基因敲除的头颈癌细胞系（FaDu、Cal33、UM-SCC-01）及胶质母细胞瘤系（LN18、LN229）中建立CRISPRi系统并进行基因组尺度筛选；其次，通过竞争性生长实验验证候选基因功能；第三，利用流式细胞术分析溶酶体膜透化（LMP）、溶酶体胞吐（表面LAMP-1检测）和自噬流（GFP-LC3-RFP-LC3ΔG报告系统）；第四，采用免疫荧光显微镜观察溶酶体形态和TFEB定位；最后，结合临床FA患者肿瘤转录组数据验证体外发现。

CRISPRi筛选鉴定溶酶体相关基因为FA缺陷的特异性遗传依赖

研究人员首先在头颈癌FaDu细胞系中构建了FANCD2缺失的CRISPRi模型，并进行全基因组尺度筛选。比较突变型与野生型细胞的基因缺失表型后，他们鉴定出101个在FA缺陷背景下条件性必需的候选基因。有趣的是，排名靠前的基因如组织蛋白酶K（CTSK）、突触体相关蛋白23kDa（SNAP23）和Syntaxin 4（STX4）均与溶酶体生物学密切相关。这一发现提示FA通路缺陷可能导致细胞对溶酶体相关过程的依赖。

FA缺失导致溶酶体胞吐增加及其依赖性

通过验证实验，团队证实抑制SNAP23在FANCD2缺失背景下显著抑制细胞生长并诱导细胞死亡。同时抑制SNAP23和STX4在FA缺陷细胞中产生协同负面效应，表明FA通路缺陷诱导了对溶酶体胞吐的依赖性。溶酶体胞吐是细胞清除受损溶酶体的重要机制，研究人员通过检测细胞表面LAMP-1（溶酶体相关膜蛋白1）疤痕发现，FA突变细胞的基础溶酶体胞吐水平比野生型提高1.5-2倍。

FA通路缺失导致溶酶体健康缺陷和溶酶体膜透化

团队进一步探究了FA缺陷影响细胞生存的机制。使用LysoTracker染料评估溶酶体健康状态时，他们发现FA突变细胞表现出溶酶体膜透化（LMP）特征——种溶酶体膜完整性受损导致内容物泄漏的状态。在FANCD2缺失细胞中抑制SNAP23进一步加剧了LMP，表明FA缺陷细胞依赖溶酶体胞吐来维持溶酶体健康。这种溶酶体缺陷在多种FA基因（FANCA/B/F/L）抑制后均能观察到，且在不同细胞系中具有普遍性。

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FA缺失导致自噬失调

研究人员还发现FA缺陷细胞存在自噬流增加，同时伴随自噬标志物LC3-B和p62的积累，表明自噬过程可能受损。转录因子TFEB（调控溶酶体生物发生的关键因子）的表达和核定位在FA突变细胞中发生改变，这可能是导致溶酶体缺陷和自噬失调的核心机制。

溶酶体特征在FA癌症中具有临床相关性

团队通过分析FA患者鳞状细胞癌的转录组数据发现，与散发性HNSCC相比，FA肿瘤中溶酶体相关基因显著下调，包括TFEB和 mucolipin 1（MCOLN1）。这一临床数据有力支持了实验发现，表明FA缺陷导致的溶酶体异常在患者肿瘤中确实存在。

研究结论与讨论部分指出，FA通路缺陷导致的基因组应激、复制应激和活性氧（ROS）增加，可能间接促使细胞通过调节自噬过程和溶酶体质量控制来维持稳态。这种妥协的自噬和溶酶体状态依赖于溶酶体胞吐来处理损伤，从而导致细胞对SNAP23/STX4的生存依赖。这一发现不仅扩展了对FA疾病机制的理解，还为治疗FA相关癌症提供了新思路：针对溶酶体胞吐通路可能成为避免DNA损伤治疗毒性的新策略。研究首次将FA通路与溶酶体胞吐联系起来，揭示了DNA损伤、ROS、自噬-溶酶体系统之间的复杂调控网络，为理解遗传性疾病中细胞适应性机制提供了重要见解。