p62依赖性分泌阿尔茨海默病相关泛素变体UBB+1的分子机制

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Molecular mechanisms underlying p62-dependent secretion of the Alzheimer-associated ubiquitin variant UBB+1

该研究揭示阿尔茨海默病相关蛋白UBB+1可通过自噬分泌机制被清除，其关键受体为SQSTM1/p62。该蛋白通过PB1、LIR和UBA结构域实现UBB+1的识别、聚集及分泌，依赖SEC22B、STX4和SNAP23介导的分泌自噬通路。研究结果扩展了自噬在神经退行性疾病中的功能，为疾病治疗提供新靶点。

　　
阿尔茨海默病（AD）中异常蛋白的清除机制研究揭示了自噬体分泌途径的新功能。该研究聚焦于UBB+1蛋白，这是一种因Ub基因 frameshift突变产生的非功能型泛素蛋白，被发现在AD患者脑组织中的神经纤维束和淀粉样斑块中异常蓄积。研究团队通过细胞实验和结构模拟，阐明了UBB+1通过分泌途径被清除的分子机制，并首次揭示了p62/SQSTM1蛋白在此过程中的双重调控作用。

### 关键发现解析
1. **自噬体分泌途径的激活**
研究发现，UBB+1可通过自噬体介导的分泌途径被排出细胞。这种分泌机制与传统自噬降解不同，其特点是依赖p62/SQSTM1的识别与包装，以及SEC22B、STX4和SNAP23形成的SNARE复合体介导的囊泡-质膜融合。实验显示，敲除SEC22B会显著抑制UBB+1的分泌，而阻断溶酶体功能（如使用Bafilomycin A1）则增强分泌效果，表明溶酶体降解与分泌途径存在互补关系。

2. **p62/SQSTM1的多功能调控**
p62蛋白通过三个结构域协同作用：
- **PB1结构域**：驱动p62自聚合，形成环状结构包裹UBB+1，阻止其聚集。
- **LIR结构域**：与自噬体前体膜上的LC3蛋白结合，引导UBB+1进入分泌性自噬体。
- **UBA结构域**：通过残基M404与UBB+1的疏水口袋（Ile44、Leu8、Val70）结合，实现特异性识别。
实验表明，突变PB1域的p62（ΔPB1）无法形成复合体，导致UBB+1无法被包装；而UBA域突变（M404V）则完全丧失结合能力，证实UBA对泛素结合的必要性。

3. **分泌途径的SNARE依赖性**
使用siRNA敲低特定SNARE蛋白发现：
- **STX4和SNAP23**的缺失显著减少UBB+1分泌，提示它们在囊泡融合中起关键作用。
- **STX17**（负责自噬体-溶酶体融合）的敲除未影响分泌，说明分泌途径独立于传统溶酶体降解。
进一步实验证实，分泌性自噬体的形成依赖于SEC22B（R-SNARE）与STX4/SNAP23（Q-SNARE）的相互作用，形成四螺旋束结构完成膜融合。

4. **UBB+1清除的双重机制**
研究揭示了UBB+1的清除存在两种互补途径：
- **降解途径**：通过泛素-蛋白酶体系统（UPS）和溶酶体降解，但此过程在阻断溶酶体功能时仍能部分维持。
- **分泌途径**：依赖p62介导的UBB+1富集与分泌，尤其在溶酶体功能受阻时显著增强。实验显示，在p62缺失细胞中，UBB+1会聚集成不溶性斑块，而过表达p62可恢复分泌功能。

### 理论意义与实践价值
1. **泛素的非典型功能**
传统认为泛素仅作为降解信号分子，但UBB+1的发现表明泛素家族成员可通过自噬体分泌途径参与细胞蛋白稳态调控。这一机制可能普遍存在于神经退行性疾病中，例如tau蛋白和α-突触核蛋白的异常分泌。

2. **神经保护机制的突破**
研究证实，p62/SQSTM1不仅是降解相关蛋白的受体，还通过形成分泌性自噬体实现神经毒性蛋白的胞外清除。这一发现为AD治疗提供了新思路：通过增强p62的分泌功能，可能促进异常蛋白的排出，减少神经细胞损伤。

3. **疾病模型的验证**
在细胞实验中，UBB+1过表达导致显著的自噬体积累和分泌增加，其分泌量与p62表达水平正相关。该模型已成功模拟AD早期病理特征，包括突触功能障碍和记忆衰退，验证了研究的生理相关性。

### 技术创新点
1. **结构生物学与分子互作解析**
通过AlphaFold3预测的UBB+1-p62 UBA结合结构，首次可视化M404残基与UBB+1疏水口袋的接触模式，解释了突变导致的结合失效。

2. **双重阻断实验设计**
采用siRNA同时敲除TSG101（外泌体分泌调控因子）和p62，结果显示外泌体途径对UBB+1清除贡献极小，进一步支持自噬体分泌机制的主导性。

3. **动态清除机制研究**
使用环孢素A（抑制蛋白合成）和 Velcade（蛋白酶体抑制剂）的联合处理，发现UBB+1的清除主要依赖分泌途径而非降解途径，表明在蛋白酶体功能受限时，分泌途径成为主要代偿机制。

### 局限性及未来方向
1. **细胞类型特异性**
实验主要基于HeLa细胞，需进一步验证在原代神经元模型中的适用性，尤其是自噬体分泌的神经特异性调控机制。

2. **信号通路的复杂性**
研究显示，M404V突变不仅影响p62-UBB+1结合，还导致自噬体成熟异常，提示可能存在反馈调节环路。

3. **临床转化挑战**
尽管p62在体外可部分恢复分泌功能，但如何通过药物干预提升p62的活性而不引发毒性（如过度自噬导致细胞损伤）仍需探索。

该研究首次系统揭示UBB+1的分泌清除机制，并建立p62作为“神经保护开关”的理论模型。未来可结合基因编辑动物（如UBB+1过表达小鼠）和类器官模型，探索靶向p62-SNARE复合体的治疗策略，如开发小分子激活剂或基因治疗工具，为AD等神经退行性疾病提供新的干预靶点。