蔡偉杰

（浙江工業(yè)大學(xué)長(zhǎng)三角綠色制藥協(xié)同創(chuàng)新中心，浙江杭州 310014）

溶酶體是廣泛存在于真核細(xì)胞中的一種酸性細(xì)胞器，擁有60多種不同類型水解酶的酸性區(qū)室，其pH值在4.6左右，具單層膜，形狀多種多樣，呈0.025～0.800 μm的泡狀結(jié)構(gòu)。一直以來，溶酶體被認(rèn)為是胞內(nèi)的“回收站”，但現(xiàn)在越來越多的研究表明，溶酶體不只是細(xì)胞內(nèi)的“焚化爐”，還參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的傳導(dǎo)，與胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)息息相關(guān)。

1 溶酶體功能

溶酶體維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)并介導(dǎo)多種生理過程，包括膽固醇體內(nèi)平衡、質(zhì)膜修復(fù)、骨和組織重塑、病原體防御、細(xì)胞死亡和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)等[1]。溶酶體作為細(xì)胞的降解中心，主要負(fù)責(zé)將蛋白質(zhì)、多糖和復(fù)合脂質(zhì)分別分解為氨基酸、單糖和游離脂肪酸[2]。溶酶體中含有60多種不同類型的水解酶，其介導(dǎo)的分解代謝降解是一種受營(yíng)養(yǎng)狀況和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)的適應(yīng)性過程[3]。溶酶體通過胞吞作用接收細(xì)胞外或細(xì)胞表面物質(zhì)，并通過自噬接收細(xì)胞內(nèi)成分[4]。內(nèi)吞和自噬通量的增加會(huì)刺激溶酶體降解[5-6]，而分解代謝產(chǎn)物如氨基酸在溶酶體內(nèi)的積累會(huì)終止降解和阻遏自噬通量[7]。溶酶體的降解功能能夠保證細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的更新并維持細(xì)胞的生長(zhǎng)繁殖，并且能夠產(chǎn)生可用于能量生產(chǎn)和生物合成的底物，在維持細(xì)胞內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)和實(shí)現(xiàn)生物合成途徑的再利用中起到?jīng)Q定性作用[5]。細(xì)胞中的溶酶體系統(tǒng)由早期的內(nèi)體（EE）、回收的內(nèi)體（RE）、晚期的內(nèi)體（LE）和溶酶體（LYs）組成，這對(duì)于多種細(xì)胞功能如膜運(yùn)輸、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、自噬以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是必需的[8]。溶酶體的降解和運(yùn)輸?shù)墓δ苋毕輹?huì)引起細(xì)胞內(nèi)的代謝失調(diào)。Settembre等人[3]的研究表明，溶酶體功能失調(diào)與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)，包括阿爾茲海默癥、帕金森氏綜合征和溶酶體貯積癥。因此，溶酶體通道的失調(diào)是許多溶酶體貯積癥（LSDs）發(fā)病機(jī)理的基礎(chǔ)，也是常見神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)理的基礎(chǔ)。

2 溶酶體離子通道

溶酶體包含50多種膜蛋白，其中包含各類離子通道，介導(dǎo)釋放 Ca2+、Fe2+和Zn2+，轉(zhuǎn)運(yùn) H+、Na+和K+以維持溶酶體膜電位和胞內(nèi)離子平衡。這些膜蛋白中包含了營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)機(jī)制，該機(jī)制是為了適應(yīng)不斷變化的細(xì)胞環(huán)境，由雷帕霉素（mTOR）的哺乳動(dòng)物靶標(biāo)、生長(zhǎng)的主要調(diào)節(jié)劑及相關(guān)蛋白質(zhì)組成。營(yíng)養(yǎng)饑餓不僅抑制mTOR介導(dǎo)的生長(zhǎng)，還促進(jìn)自噬體（AP）的形成。此外，營(yíng)養(yǎng)饑餓能夠激活溶酶體生物發(fā)生轉(zhuǎn)錄因子EB（TFEB），通過增加溶酶體功能（酸化和水解酶的遞送）和運(yùn)輸（AP-溶酶體融合）促進(jìn)溶酶體降解。所以溶酶體介導(dǎo)的分解代謝降解是一種受營(yíng)養(yǎng)狀況和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)的適應(yīng)性過程[9]。溶酶體通道和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)跨膜的離子通量，以調(diào)節(jié)溶酶體離子穩(wěn)態(tài)、膜電位、分解代謝產(chǎn)物輸出、膜運(yùn)輸和營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)。其中，較為關(guān)鍵的是鈣、鈉和鉀離子通道。利用溶酶體膜片鉗技術(shù)，Xu等人[2]測(cè)得了對(duì)Na+/Ca2+具有通透性的TRPML通道家族、TPC族[10]和P2X4，以及K+通道BK[11]和TMEM175[12]。溶酶體內(nèi)離子失調(diào)會(huì)影響其移動(dòng)、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)、生物合成與裂解，從而引起細(xì)胞內(nèi)的代謝失調(diào)。

2.1 溶酶體鈣離子通道

鈣離子是細(xì)胞內(nèi)第二信使，在維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)細(xì)胞功能上起到重要作用。Ⅳ型黏多糖貯積癥（Mucolipidosis type Ⅳ，MLIV）是一種常染色體隱性遺傳病，約95%的MLIV患者是由于溶酶體鈣離子通道TRPML1的兩種突變方式而致病。（1）編碼TRPML1的MCOLN1基因上第3個(gè)內(nèi)含子的剪接受體位點(diǎn)的突變，導(dǎo)致第4和第5個(gè)外顯子的異常剪接和跳躍。這是MLIV最常見的突變，約占MLIV病例的72%。（2）MCOLN1基因的第6個(gè)外顯子和第7個(gè)外顯子上的6 000多個(gè)堿基對(duì)缺失。該突變方式致病人數(shù)占比約為23%。Ⅳ型黏多糖貯積癥會(huì)引起嚴(yán)重的智力低下、運(yùn)動(dòng)和言語缺陷、視網(wǎng)膜變性以及系統(tǒng)性病變?nèi)缥杆崛狈ΠY等[13]。Schiffmann等人[14]的研究表示，TRPML1釋放的Ca2+可以激活鈣調(diào)磷酸激酶，使TFEB去磷酸化并導(dǎo)致其核易位，提高溶酶體相關(guān)蛋白表達(dá)水平并促進(jìn)溶酶體的生物合成，從而增加質(zhì)膜附近的溶酶體并促進(jìn)其與質(zhì)膜的融合。

2.2 溶酶體鉀離子通道

溶酶體鉀通道TMEM175是調(diào)節(jié)溶酶體相關(guān)生理特性的通道，其介導(dǎo)了leak型鉀離子電流[12]，與其他80多種質(zhì)膜鉀離子通道存在差異：TMEM175有兩段6個(gè)堿基的跨膜片段且不包含標(biāo)志性GYG鉀離子通道序列——孔狀P環(huán)。當(dāng)溶酶體缺失TMEM175時(shí)無鉀離子電位，具有顯著的去極化電位且對(duì)K+變化幾乎無敏感性，并且其管腔pH穩(wěn)定性會(huì)受損且在自噬期間溶酶體與自噬體的融合會(huì)發(fā)生異常。因此，TMEM175作為K+通道，構(gòu)成了溶酶體對(duì)K+滲透性的分子機(jī)制基礎(chǔ)[15]。該基因的突變或缺失將阻斷自噬體和溶酶體的融合并影響溶酶體正常生理功能。Cang等人[12]的研究表明，鉀通道的缺失或突變會(huì)造成溶酶體鈣信號(hào)傳導(dǎo)受損和脂質(zhì)積累異常，但具體分子機(jī)制亟待闡釋。因此，溶酶體鉀通道逐漸被認(rèn)為是治療神經(jīng)退行性疾病的潛在治療靶點(diǎn)之一。

3 結(jié)語

近年來，溶酶體及其離子通道的功能研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，通過溶酶體離子通道調(diào)節(jié)溶酶體功能來對(duì)溶酶體貯積癥、神經(jīng)退行性疾病等進(jìn)行治療，這一途徑具有重大的臨床意義。