骨骼肌多蛋白复合物扰动通过诱导中枢神经系统保护性蛋白酶降解致病蛋白

《npj Aging》：Perturbation of multiprotein complexes in skeletal muscle induces protective proteases in the CNS that degrade pathogenic proteins

本研究针对多蛋白复合物功能紊乱如何引发系统性应激反应这一关键问题，通过果蝇模型揭示了骨骼肌特异性扰动四种不同多蛋白复合物（肌节、线粒体复合物I、蛋白酶体和VCP复合物）可诱导中枢神经系统（CNS）产生以蛋白酶/肽酶上调为核心的保守转录适应性。研究发现多个应激诱导蛋白酶能有效降解亨廷顿病模型中的huntingtin-polyQ聚集物，并鉴定出肌肉因子Amyrel作为介导肌肉-CNS信号传递的关键分子。该研究为理解组织间应激信号传递机制及神经退行性疾病防治提供了新视角。

　　

在细胞生命活动的精密调控网络中，多蛋白复合物如同精密的分子机器，通过严格的化学计量组装执行着至关重要的功能。从能量生产的线粒体呼吸链复合物，到细胞骨架的肌节蛋白，再到负责蛋白质降解的蛋白酶体，这些复合物的正常组装和功能维持是细胞稳态的基石。然而，当这些复合物的组成元件表达失衡时，未组装的亚基容易发生错误折叠，形成蛋白内稳态（proteostasis）的潜在威胁。

为了应对这种挑战，细胞进化出了多种应激反应机制。例如，线粒体未折叠蛋白反应（UPR^mt）专门处理线粒体内的蛋白折叠压力，而热休克反应和内质网未折叠蛋白反应（UPR^ER）则分别守护着细胞质和内质网的蛋白质质量。有趣的是，越来越多的证据表明，某个组织的局部应激能够触发远距离的系统性反应，这种细胞非自主性调控可能是机体应对潜在威胁的重要策略。

在众多组织中，骨骼肌因其独特的收缩特性和机械应激环境，成为系统性信号产生的重要源头。肌肉收缩不仅对肌节、线粒体等多蛋白复合物构成持续挑战，还促进多种肌肉因子（myokines）的分泌，这些信号分子能够跨越组织屏障影响远端器官的功能。此前研究发现，骨骼肌中的蛋白酶体应激可通过肌肉因子Amyrel诱导脑部保护性蛋白表达，但不同多蛋白复合物扰动是否触发共同的系统性应激信号仍不清楚。

发表在《npj Aging》的这项研究正是基于以上背景，旨在探索骨骼肌中不同多蛋白复合物的遗传扰动是否会诱导局部和系统性的应激反应，并解析其分子机制和生理意义。

研究人员主要运用了以下方法：利用UAS/Gal4系统进行骨骼肌特异性RNA干扰（RNAi）敲低；通过RNA测序（RNA-seq）分析基因表达变化；采用亨廷顿病果蝇模型（Htt-Q72-GFP）进行体内蛋白酶功能筛选；通过蛋白质印迹（Western blot）分析蛋白质聚集状态；建立LexA/LexAop双元表达系统进行组织特异性基因操控。

肌肉特异性RNAi靶向不同多蛋白复合物组分触发以蛋白酶上调为核心的重叠转录反应

为了解析多蛋白复合物扰动诱导的局部应激反应，研究团队利用果蝇骨骼肌特异性启动子Mhc-Gal4驱动RNAi，分别靶向四个位于不同细胞区室的多蛋白复合物核心组分：蛋白酶体催化核心组分Prosβ5（同源于人PSMB5）、VCP复合物核心蛋白Ter94、线粒体呼吸链复合物I组分ND-75（同源于人NDUFS1）以及肌节蛋白Tropomyosin 1（Tm1）。

RNA-seq分析显示，尽管这些复合物分布于不同亚细胞位置（细胞核/细胞质、内质网/线粒体、线粒体、细胞质），但它们扰动后诱导的转录变化高度相似（相关系数r>0.87），而与对照GFP RNAi的相关性很低（r=0.09-0.36）。基因本体（GO）分析表明，蛋白酶/肽酶活性相关类别是上调基因中最显著富集的类别。进一步分析发现，金属蛋白酶和混合型蛋白酶平均上调程度最高，而天冬氨酸、半胱氨酸和丝氨酸蛋白酶调控相对较弱。

肌肉特异性RNAi诱导中枢神经系统中蛋白酶的长距离转录上调

研究人员进一步分析了肌肉特异性多蛋白复合物扰动对中枢神经系统（CNS）的系统性影响。结果显示，头部（富含视网膜和脑组织）的转录组变化同样呈现出蛋白酶/肽酶相关基因的显著上调。有趣的是，虽然混合型蛋白酶在肌肉和CNS中均为最高诱导类别，但金属蛋白酶在肌肉中高诱导而在CNS中不明显，天冬氨酸蛋白酶则在CNS中特异性诱导。这表明多蛋白复合物扰动既能触发局部应激反应，也能引发系统性适应，且两者均以蛋白酶诱导为核心特征。

RNAi筛选揭示应激诱导蛋白酶在视网膜亨廷顿病模型中的保护作用

鉴于蛋白酶在蛋白质质量控制中的关键作用，研究团队利用亨廷顿病果蝇模型（视网膜表达Htt-Q72-GFP）进行了大规模RNAi筛选。235条RNAi线靶向77个应激诱导蛋白酶，通过分析30天龄果蝇视网膜中Htt-Q72-GFP聚集物的面积变化，评估各蛋白酶的功能。

结果显示，大多数蛋白酶敲低增加了Htt-Q72-GFP聚集物面积（z-score>+3.5），如εTry RNAi显著促进聚集物积累；仅有yip7 RNAi减少聚集物（z-score<-3.5）。阳性对照Psa（puromycin-sensitive aminopeptidase）RNAi也增加聚集，与先前研究一致。多个独立RNAi线靶向同一基因（如CG8560、Jon25Bi等）均产生一致表型，增强了结果可靠性。这些蛋白酶在进化上保守，提示其在人类中可能具有类似功能。

保护性应激诱导蛋白酶减少视网膜中寡聚化huntingtin-polyQ

蛋白质印迹分析进一步验证了蛋白酶的保护功能。检测30天龄果蝇头部去垢剂可溶性和不可溶组分发现，大多数应激诱导蛋白酶敲低增加了不溶性高分子量Htt-Q72-GFP寡聚体/聚集物水平，而可溶性和不溶性单体水平基本不变。与之相反，yip7敲低减少了不溶性Htt-Q72-GFP水平。这些结果与显微镜观察一致，证实应激诱导蛋白酶主要通过降解聚集形式发挥保护作用。

肌肉因子Amyrel被多蛋白复合物扰动诱导并减少视网膜Htt-Q72-GFP聚集

鉴于Amyrel在介导肌肉-脑信号传递中的已知作用，研究人员检测了其在多蛋白复合物扰动中的表达。RNA-seq显示，Amyrel在骨骼肌中被Prosβ5、VCP、ND-75和Tm1 RNAi共同诱导，而非对照GFP RNAi。为验证Amyrel的功能，研究团队建立了肌肉特异性表达系统（Mhc-LexA-GAD驱动pLOT-Amyrel），发现在肌肉中过表达Amyrel可显著减少视网膜中Htt-Q72-GFP聚集物面积。

讨论与结论部分强调，本研究揭示了多蛋白复合物扰动诱导的局部和系统性应激反应均以蛋白酶上调为核心特征，这种反应在进化上保守且具有保护性。许多应激诱导蛋白酶能降解亨廷顿病相关致病蛋白，提示其在神经退行性疾病防治中的潜在价值。肌肉因子Amyrel作为关键信号分子，介导了肌肉至CNS的保护性信号传递。

该研究的创新性在于发现不同多蛋白复合物扰动可触发相似的应激反应模式，挑战了特定应激源诱导特异性应答的传统认知。蛋白酶诱导作为共享机制，可能为应对未组装亚基积累提供的保护机制。从生理角度，骨骼肌在运动等生理过程中自然经历多种多蛋白复合物应激，本研究揭示的信号轴可能为运动有益神经健康提供分子解释。Amyrel/maltose/SLC45信号通路的深入阐发，为开发模拟运动益处的干预策略指明方向。