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研究人员为明确 TFEB 核穿梭调控机制，用微流控和定量建模研究，揭示其动态变化，意义重大。
在细胞的微观世界里，营养物质的充足与否时刻影响着细胞的 “决策”，其中转录因子 EB（TFEB）起着关键作用。TFEB 是 MiT/TFE 家族的一员，作为溶酶体生物发生和自噬（细胞内的一种自我降解和循环机制，用于清除受损的细胞成分并维持细胞内环境稳定）的主要调节者，它能根据营养状况和其他压力因素，在细胞质和细胞核之间穿梭，从而控制相关基因的表达。然而，尽管科学家们知道 TFEB 的核转位调控涉及复杂的网络，但每种机制的具体贡献并不清楚。这就像在一个精密的钟表里，虽然知道各个零件都在运转，但不清楚每个零件对整体计时的精确作用。为了解开这个谜团，来自意大利那不勒斯费德里克二世大学、Telethon 遗传与医学研究所（TIGEM）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们理解细胞代谢调控机制打开了新的窗口。
研究人员主要采用了两种关键技术方法。一是微流控技术，它就像一个微观的 “细胞工厂”，可以精确控制细胞的微环境，实现自动化的培养基交换，并且能在细胞连续成像的过程中，准确捕捉 TFEB 核质穿梭的快速动态变化。二是定量数学建模，通过构建和比较多个数学模型，研究人员能够从复杂的反应机制中筛选出最符合实验数据的模型，从而揭示不同机制对 TFEB 核穿梭动态的贡献。
研究结果如下：
- TFEB 核穿梭动力学：在饥饿和 mTOR 抑制实验中，研究人员利用稳定表达 TFEB-GFP 和核红色荧光蛋白（mCherry）的 HeLa 细胞，在微流控装置中进行实验。结果发现，当细胞从营养丰富的培养基转移到营养缺乏的培养基时，TFEB 会迅速在细胞核中积累，约 30 分钟达到高峰，随后出现 “过冲” 现象，即核荧光逐渐下降，表明 TFEB 部分重新定位到细胞质。在 mTOR 激酶抑制剂（AZD8055 和 Torin 1）处理实验中，也观察到类似的核转位现象，且 “过冲” 并非由 mTOR 重新激活引起。
- Exportin 1（XPO1）的作用：在探究 XPO1 在 TFEB 核穿梭动力学中的作用时，研究人员使用 Leptomycin B 抑制 XPO1。实验结果显示，抑制 XPO1 会使 TFEB 核浓度在 30 分钟内增加，但没有 “过冲” 现象。同时，抑制 XPO1 会使 TFEB 在重新进食时重新定位到细胞质的速度变慢，这表明 XPO1 在 TFEB 核输出中起重要作用，但也存在其他机制参与 TFEB 的核输出。
- 定量建模分析：研究人员构建了 12 个不同的数学模型来模拟 TFEB 核穿梭的动态过程。经过对模型的筛选和改进，最终确定模型 13 能较好地解释实验数据。该模型表明，mTOR 抑制会导致钙通过 Mucolipin 1（MCOLN1）通道释放，进而激活 Calcineurin 磷酸酶，促进 TFEB 去磷酸化，导致其核转位的 “过冲” 现象。
- 钙的作用：通过实验，研究人员发现钙在 TFEB 核穿梭动力学中起着关键作用。用 Thapsigargin 处理细胞，会导致细胞质钙水平短暂升高，TFEB 转位到细胞核，且出现类似饥饿处理时的 “过冲” 现象。而同时使用 Calcineurin 抑制剂 Cyclosporin A 和 Thapsigargin 处理细胞，则会强烈抑制 TFEB 核转位，这进一步证明了 Calcineurin 在 TFEB 转位过程中的重要作用。
- 非经典途径的影响：研究人员还研究了非经典途径对 TFEB 穿梭动力学的影响。用 Monensin 处理细胞激活 GABARAP - CASM 途径后，TFEB 转位到细胞核，但没有 “过冲” 现象，这表明 “过冲” 现象是经典 mTORC1 抑制介导的转位途径所特有的。
研究结论和讨论部分指出，该研究综合实验和建模方法，揭示了 mTORC1、钙动力学（通过 MCOLN1 和 Calcineurin）和 XPO1 在 TFEB 核穿梭动力学中的相对贡献。研究发现，细胞在饥饿时，TFEB 核转位可分为两个阶段：第一阶段是由 MCOLN1 激活介导的短暂钙释放，导致 TFEB 快速去磷酸化和核转位，出现 “过冲” 现象；第二阶段则是由 mTORC1 依赖性磷酸化的抑制驱动的较慢过程。此外，研究还验证了核磷酸化反应和被动核输出反应的必要性，这两个反应在之前的研究中虽有提及，但未得到充分证明。虽然 “过冲” 现象的生理意义尚未完全明确，但它可能作为评估针对该途径的药物对生物影响的敏感指标。该研究为细胞代谢调控机制提供了新的见解，也为未来研究细胞内稳态和疾病发生机制提供了重要的理论基础，有望推动相关领域的进一步发展。
