自噬与肌肉质量维持的机制研究

3. 自噬与肌肉质量维持 自噬小体已在迄今为止研究的几乎所有肌病和肌营养不良中被发现，是名为自噬性空泡肌病（Autophagic Vacuolar Myopathies, AVM）的一组肌肉疾病的特点 [24]。然而，尚不清楚自噬是否是有害的并参与了诱导肌肉退化的机制，还是作为细胞生存的一种补偿机制。许多获得性和遗传性肌肉疾病的特征，如蛋白质聚集、异常线粒体以及内质网/肌浆网扩张，表明自噬流受损而非过度活跃。例如，最近在散发性包涵体肌炎患者的肌肉以及不同组织特异性自噬敲除小鼠中描述了对泛素和p62/SQSTM1蛋白呈阳性的蛋白质聚集体 [25], [26], [27]。为了阐明基础自噬的作用，我们生成了两种条件性敲除小鼠，敲除关键基因Atg7以特异性阻断骨骼肌中的自噬 [28]。预期是保留肌肉质量，甚至可能增加更多的收缩蛋白并改善肌肉力量。令人惊讶的是，抑制自噬不仅没有益处，反而触发了萎缩、无力和多种肌病特征。类似萎缩表型也在肌肉特异性Atg5敲除小鼠中观察到，这是另一种阻断自噬的遗传模型 [29]。Atg7基因的缺失导致蛋白质聚集体积累、异常线粒体出现以及在肌原纤维间或紧邻肌膜下组装的同心膜结构，氧化应激的诱导以及未折叠蛋白反应的激活。这些病理状况共同导致肌纤维退化 [28]（图1）。另一个有趣的方面是在自噬缺失肌肉的可溶性和不可溶部分中多泛素化蛋白的积累。这一发现也在其他组织特异性自噬敲除小鼠中报告，这些小鼠也表现出多泛素化蛋白增加和同心膜结构的积累 [26], [27], [30], [31]。这些观察结果，加上证据表明Atg7缺失肌肉中的蛋白酶体活性并未严重受损，表明某些泛素化蛋白通过自噬途径特异性地靶向溶酶体降解。实际上，我们不知道哪些信号决定了多泛素化蛋白是通过蛋白酶体还是溶酶体降解。最近的一项报告确定了酶神经氨酸酶Neu2是萎缩肌管中自噬-溶酶体系统的特定底物 [32]。目前尚不清楚Neu2蛋白减少是否导致非特异性吞噬细胞质部分，或者特定的翻译后修饰如泛素化是否选择性地将Neu2带到自噬小体。事实上，现在已知泛素化蛋白通过p62/SQSTM1和NBR1蛋白结合多泛素链和LC3而被递送到自噬小体 [33], [34], [35], [36], [37]。有趣的是，共分子伴侣的作用及其泛素化已被报道为骨骼肌中自噬小体依赖性蛋白降解的替代途径。丝状蛋白是一种在肌肉收缩过程中经历展开和重折叠循环的蛋白质，因此容易受到不可逆损伤。丝状蛋白结构的改变触发共分子伴侣BAG3的结合，后者携带由分子伴侣Hsc70、HspB8和泛素连接酶CHIP组成的复合体。CHIP泛素化BAG3和丝状蛋白，这些蛋白被p62/SQSTM1蛋白识别并递送到自噬系统 [38]（图1）。BAG3的突变导致丝状蛋白清除失活，引起严重的肌病伴Z盘解体 [38], [39]。将自噬小体递送到溶酶体是肌肉蛋白降解过程中的另一个重要步骤。最近的证据强调了含缬氨酰蛋白（valosin-containing protein, VCP）在自噬小体成熟中的意外作用 [40]。VCP/p97参与多个过程，包括细胞周期、高尔基体生物发生、核膜形成和泛素-蛋白酶体系统。VCP/p97基因的突变导致包涵体肌病（IBM）、骨Paget病和额颞叶痴呆（IBMPFD）。有趣的是，敲低VCP/p97或表达突变形式的VCP/P97会导致自噬小体积累，这些自噬小体无法与溶酶体融合 [40]（图1）。未消化自噬小体的积累形成了称为边缘空泡的形态结构，并诱导p62阳性蛋白聚集体的形成。然而，VCP/p97调节自噬的机制仍不清楚。了解哪些蛋白是自噬的底物及其识别和递送至自噬小体的机制是引人入胜的问题，希望未来能获得更多关注。