VPS13B通过招募PI4P脂质囊泡促进线粒体分裂与质量控制的新机制

《Nature Communications》：VPS13B recruits lipid vesicles to promote mitochondrial fission and quality control

本研究揭示了VPS13B缺失导致Cohen综合征中线粒体超融合和质量控制缺陷的机制。研究人员发现VPS13B通过C端MLD结构域定位于Mfn2阳性线粒体接触位点，招募富含PI4P的高尔基体囊泡至Drp1标记的分裂位点，促进线粒体分裂。该发现为理解VPS13B相关神经发育障碍的病理机制提供了新视角。

　　

在细胞生物学领域，细胞器的动态平衡维持是细胞功能正常运作的基础。其中，线粒体作为细胞的能量工厂，其形态和功能的完整性对细胞存活至关重要。线粒体通过持续的分裂和融合过程维持动态平衡，这一过程的异常与多种人类疾病密切相关。VPS13B基因突变会导致罕见的神经发育障碍——Cohen综合征，患者表现为发育迟缓、智力障碍等症状。然而，尽管该基因发现已久，VPS13B蛋白的具体分子功能及其在疾病发生中的作用机制仍不清楚。

近期发表在《Nature Communications》上的一项研究揭开了这一谜团。由韩国汉阳大学生命科学与生物技术系的Lee Jin-A教授和Jang Deok-Jin教授领导的研究团队发现，VPS13B在维持线粒体形态和质量控制中扮演着关键角色。他们证实VPS13B通过招募富含磷脂酰肌醇-4-磷酸（PI4P）的脂质囊泡至线粒体分裂位点，促进线粒体分裂和线粒体自噬（mitophagy）过程。

研究团队运用了多种关键技术方法开展研究，包括CRISPR/Cas9基因编辑技术构建VPS13B敲除细胞系、活细胞成像技术观察线粒体动态过程、邻近连接 assay（PLA）分析蛋白质相互作用、免疫荧光和Western blotting分析蛋白表达与定位、透射电子显微镜观察超微结构，以及使用Cohen综合征患者来源的iPSC诱导神经元验证临床相关性。

研究结果部分，作者通过多个实验系统阐述了VPS13B的功能机制：

VPS13B缺失导致线粒体超融合

研究人员发现，VPS13B敲除细胞表现出明显的线粒体超融合现象，线粒体面积和周长显著增加。透射电镜进一步证实了VPS13B缺失导致线粒体分支和伸长。通过结构域映射分析，研究团队确定VPS13B的C端线粒体相关膜定位域（MLD）是其靶向线粒体的关键区域。

VPS13B缺失引起线粒体去极化和动力学异常

VPS13B敲除细胞的线粒体膜电位（ΔΨm）显著降低，荧光恢复后光漂白（FRAP）分析显示线粒体外膜流动性下降，表明VPS13B对维持线粒体生物能量学完整性至关重要。

VPS13B缺陷损害PINK1/Parkin介导的线粒体自噬

在CCCP诱导的线粒体应激条件下，VPS13B敲除细胞的线粒体自噬流明显受损。免疫印迹分析显示，VPS13B缺失导致GABARAPL1在线粒体部分的募集几乎完全缺失，而PINK1和Parkin在线粒体上异常积累。

VPS13B通过MLD招募PI4P阳性高尔基囊泡至线粒体分裂位点

活细胞成像显示，VPS13B在约30.1%的线粒体分裂事件中与PI4P信号共定位，其中93.8%的事件中PI4P阳性囊泡在分裂前与VPS13B共同到达线粒体。PIP-strip实验证实VPS13B的PH结构域能够特异性结合PI4P。

PI4P-VPS13B作用于Drp1下游驱动晚期线粒体分裂

研究发现PI4P耗竭或VPS13B缺失均不影响Drp1的招募和磷酸化状态，但显著降低线粒体分裂率，表明PI4P-VPS13B轴作用于Drp1组装之后，促进分裂晚期阶段的膜分离。

Cohen综合征患者来源iPSC诱导神经元重现线粒体功能障碍

患者神经元表现出与VPS13B敲除细胞相似的表型：线粒体超融合网络、膜电位降低、Drp1点状信号减少和PINK1信号增加，证实了VPS13B在人类神经元中的功能保守性。

研究结论与讨论部分强调，该研究首次阐明了VPS13B通过协调高尔基体来源的PI4P囊泡向Drp1标记的分裂位点输送，从而促进线粒体分裂和质量控制的分子机制。这一发现不仅扩展了VPS13蛋白家族的功能认知，也为理解Cohen综合征的病理机制提供了新视角。VPS13B依赖的PI4P敏感通路为治疗干预提供了潜在靶点，由于线粒体功能障碍是多种神经退行性疾病的共同特征，该研究可能具有更广泛的生物学意义。未来研究需要进一步阐明VPS13B是否直接促进膜分裂步骤，以及其与Drp1辅助因子的相互作用机制。