《自然-細(xì)胞生物學(xué)》（Nature Cell Biology）于9月12日以長(zhǎng)文（Article）形式在線發(fā)表中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所楊崇林研究組與中國(guó)科學(xué)院昆明植物研究所郝小江研究組的合作研究論文PKC controls lysosome biogenesis independently of mTORC1。該論文揭示了細(xì)胞內(nèi)溶酶體生成的重要信號(hào)傳導(dǎo)和調(diào)控機(jī)制。

溶酶體是細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)降解和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要中心之一。溶酶體降解來源于細(xì)胞內(nèi)、外的各種底物，如內(nèi)吞膜蛋白及小分子物質(zhì)、凋亡細(xì)胞、病原菌和自噬小體等。溶酶體的功能紊亂直接導(dǎo)致70多種溶酶體貯積病，且與神經(jīng)退行性疾病密切相關(guān)。控制細(xì)胞代謝的關(guān)鍵激酶mTOR定位于溶酶體上，通過感知細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)來調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝。已有研究發(fā)現(xiàn)，mTOR可以磷酸化溶酶體生成的轉(zhuǎn)錄因子TFEB和TFE3，抑制細(xì)胞內(nèi)的溶酶體生成。當(dāng)細(xì)胞處于饑餓狀態(tài)時(shí)，mTOR不能磷酸化TFEB/TFE3。未磷酸化的TFEB/TFE3因而進(jìn)入細(xì)胞核中啟動(dòng)溶酶體生成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)溶酶體的發(fā)生。但是，在正常營(yíng)養(yǎng)供給狀態(tài)下，細(xì)胞如何應(yīng)對(duì)內(nèi)、外界信號(hào)而促進(jìn)溶酶體的生成，是一個(gè)懸而未決的重要問題。

楊崇林研究組與郝小江研究組合作，以活性天然小分子為探針，從化學(xué)生物學(xué)的角度探索溶酶體發(fā)生和穩(wěn)態(tài)平衡的調(diào)控機(jī)制。該研究首先建立溶酶體生成的篩選體系，經(jīng)過大量篩選，從植物天然產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了能在細(xì)胞正常營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)下促進(jìn)溶酶體生成的、以HEP14和HEP15為代表的一類巨大戟烷型二萜類化合物（圖A）。該研究發(fā)現(xiàn)，HEP14及其類似物通過不依賴于mTOR的方式選擇性地激活轉(zhuǎn)錄因子TFEB，促進(jìn)溶酶體生成。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，該類化合物直接激活蛋白激酶C（PKC）家族的成員PKCa和PKCd，導(dǎo)致蛋白激酶GSK3b的磷酸化，使之失活。該研究表明，GSK3b可以直接磷酸化TFEB的134位和138位的絲氨酸，使TFEB處于非活化狀態(tài)，抑制溶酶體的生成。因此，PKC激活引發(fā)的GSK3b失活可以誘導(dǎo)TFEB入核而激活，從而促進(jìn)溶酶體的發(fā)生。另一方面，該研究還發(fā)現(xiàn)PKCd的激活可以使溶酶體相關(guān)基因的抑制因子ZKSCAN3從細(xì)胞核中移位到細(xì)胞質(zhì)中而失活，從而解除其對(duì)溶酶體生成的抑制（圖B）。這一作用主要源于PKCd激活導(dǎo)致的蛋白激酶JNK和p38的激活，它們可以使ZKSCAN3的153位蘇氨酸發(fā)生磷酸化，引發(fā)ZKSCAN3的核-質(zhì)移位。因此，PKC作為一個(gè)主控開關(guān)，控制兩條平行的信號(hào)通路，分別激活溶酶體相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄因子TFEB和失活轉(zhuǎn)錄抑制因子ZKSCAN3，從而促進(jìn)溶酶體的發(fā)生（圖C）。

由于許多細(xì)胞外信號(hào)（如生長(zhǎng)因子、激素、趨化因子、神經(jīng)遞質(zhì)、病原侵染等）可以與細(xì)胞膜上的受體（如RTK､GPCR和TLR等）結(jié)合，產(chǎn)生第二信使二酰甘油（DAG）而激活PKC。因此PKC介導(dǎo)的溶酶體生成是細(xì)胞在響應(yīng)外界信號(hào)時(shí)產(chǎn)生溶酶體適應(yīng)（lysosomal adaptation）的一種重要調(diào)控機(jī)制。

該研究還發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞模型中，激活PKC的二萜類化合物HEP14通過依賴于溶酶體的方式促進(jìn)脂滴和變性蛋白聚集體的清除。在阿爾茨海默疾病的APP/PS1小鼠模型中，腹腔注射HEP14可顯著減少小鼠腦部淀粉樣蛋白沉積斑塊的累積。研究表明這一效應(yīng)依賴于PKC的激活。這些結(jié)果提示PKC的激活劑可能成為治療溶酶體貯積病及神經(jīng)退行性疾病的潛在藥物。