iScience：细胞内囊泡运输新型调控机制

　　

细胞内囊泡运输对于维持细胞以及机体的多种生理功能必不可少，2013年诺贝尔生理学或医学奖被授予发现囊泡转运机制的三位科学家。在真核细胞内，大约三分之一的蛋白质在内质网(ER)中折叠和修饰，然后被运送到高尔基体（Golgi）。

蛋白质从内质网到高尔基体的运输（ER-to-Golgi）过程是对蛋白质进行质量控制和分选的重要阶段，对维持细胞内稳态至关重要。ER-to-Golgi运输由COPII小泡驱动，而COPII小泡主要由Sec23/Sec24内壳蛋白复合体和Sec13/Sec31外壳蛋白复合体构成。至今为止，COPII小泡是如何运输到高尔基体的机制还不完全清楚。

中国科学院上海营养与健康研究院陈雁课题组曹倩倩博士生等近日发现孕酮和脂联素受体3（PAQR3）在COPII囊泡运输中发挥了重要的作用。

浙一医院研究成果公布在Cell旗下国际学术期刊iScience上。

在这项研究中，首先使用APEX2邻近标记策略和质谱分析来鉴定出992种PAQR3临近的蛋白质，其中大多数都参与了细胞内转运的生物过程。接着借助GalNAc-T2和RUSH两个ER-to-Golgi转运的模型系统发现，PAQR3缺失延迟了蛋白质从内质网到高尔基体的运输。通过一系列的生化和细胞实验，发现PAQR3的N端能够与Sec13和Sec31A的WD结构域相互作用并增强Sec13和Sec31A的高尔基体定位，从而揭示了PAQR3是一个通过与COPII囊泡的Sec13/Sec31A外壳蛋白复合体相互作用来调节ER-to-Golgi转运的关键分子。

PAQR3主要作为一个抑癌基因，在多种肿瘤中具有抑制功能。考虑到平衡和控制细胞内运输对于维持细胞内稳态至关重要，研究者推测许多类型肿瘤中发现的PAQR3的失调可能与细胞内稳态失调有关。因此，该研究的发现不仅拓展了我们对胞内运输复杂性的理解，也可能增加对于人类疾病尤其是肿瘤的分子基础的理解。

此外，这一研究组还在营养干预糖尿病领域取得系列进展：

热量限制（calorie restriction, CR）是目前国际上公认能够改善代谢并延长寿命的最佳手段，但持续的热量限制在实际应用中有一定难度，因此近年来有人提出了间歇性热量限制的概念，即只限制热量一段时间，然后恢复正常进食。中科院上海营养与健康研究院陈雁课题组对间歇性热量限制是否能有效干预糖尿病进行了系列研究，部分研究成果近日分别以题为“Intermittent administration of a fasting-mimicking diet intervenes in diabetes progression, restores β cells and reconstructs gut microbiota in mice”、“Intermittent administration of a leucine-deprived diet is able to intervene in type 2 diabetes in db/db mice”和“Gut microbiota mediates the anti-obesity effect of calorie restriction in mice”发表在Nutrition & Metabolism，Heliyon和Scientific Reports等国际期刊上。

陈雁课题组韦思颖博士生等利用db/db小鼠作为2型糖尿病模型分析了间歇性热量限制对糖尿病的干预功效。该研究利用一种“模拟禁食饮食”（fasting-mimicking diet, FMD）对小鼠进行了间歇性热量限制，所用的FMD是一种富含多种植物成分的低碳水化合物、低蛋白、高纤维的食物。小鼠进食一周的低热量FMD（热量为对照组的30%），然后恢复一周正常进食，连续八周重复该方案。研究发现间歇性使用FMD的小鼠空腹血糖显著降低，葡萄糖耐受和胰岛素敏感性得以改善，胰岛分泌胰岛素的β细胞数量增加，同时β细胞的“干细胞”标记物Ngn3的表达提升，提示通过FMD的间歇性热量限制能够有效地干预2型糖尿病的发生发展。该研究也发现使用FMD后小鼠的肠道菌群发生了很大的改变，部分改变与糖尿病的干预功效相关。

在这一研究的基础上，韦思颖博士生等研究了另一种新颖的间歇性节食方案，即间歇性给予小鼠缺乏亮氨酸的饮食，隔日给予正常饮食，共重复8周。研究发现间歇性使用缺乏亮氨酸饮食的db/db小鼠的糖尿病进程也得以部分控制，空腹血糖显著降低，胰岛β细胞数量有所增加，同时肠道菌群也发生了很大的改变，提示间歇性使用缺乏亮氨酸的膳食也具有干预2型糖尿病的功效。

陈雁课题组韩若眉博士生等分析了间歇性使用FMD对于1型糖尿病的干预功效。首先该研究通过在小鼠身上注射一种药物（Streptozotocin, STZ）破坏胰岛β细胞，建立1型糖尿病模型。研究发现间歇性使用FMD能够显著降低空腹血糖，胰岛β细胞的数量也有显著增加，提示间歇性热量限制对1型糖尿病也具有干预功能。

陈雁课题组王烁博士生等研究了肠道菌群在热量限制降低肥胖和改善代谢中的作用。研究首先构建了抗生素清除肠道菌群（antibiotic-induced microbiota-depletion, AIMD）的小鼠模型，发现清除肠道菌群后，小鼠能够在一定程度上抵抗由热量限制造成的体重下降，同时空腹血糖有所增加，提示热量限制导致的代谢改善作用部分是通过肠道菌群介导的。通过对小鼠菌群16S rRNA基因测序分析发现，热量限制可以使菌群中主要的益生菌属如Bifidobacterium和Lactobacillus水平升高，并抑制某些特定的潜在有害菌。为进一步探究热量限制引起的菌群变化直接介导代谢表型的证据，本研究还通过菌群移植（fecal microbiota transplantation, FMT）的方法，发现移植小鼠热量限制后的菌群可以减轻饮食诱导肥胖（diet-induced obesity, DIO）模型小鼠的体重、体脂和肝脏脂肪积累。这一发现更加揭示了肠道菌群介导热量限制改善代谢的关键作用。

总而言之，这一系列工作提示了热量限制特别是间歇性热量限制或间歇性氨基酸限制不失为有效的糖尿病营养干预方案，而肠道菌群部分介导了热量限制对机体代谢功能的改善作用。该课题获得到国家自然科学基金，科技部以及中科院等经费的支持。

原文标题：

PAQR3 Regulates Endoplasmic Reticulum-to-Golgi Trafficking of COPII Vesicle via Interaction with Sec13/Sec31 Coat Proteins