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本文聚焦线粒体自噬（mitophagy）起始机制，阐述其并非依赖传统模型，不同自噬受体 / 衔接蛋白启动机制各异，且存在多种调控因素。这为深入理解细胞质量控制及相关疾病发病机制提供新视角，对开发靶向疗法意义重大。
引言
线粒体在细胞中至关重要，不仅参与能量生产，还在免疫反应和细胞死亡调节等过程中发挥作用。维持线粒体网络的健康对细胞稳态意义重大，线粒体自噬便是清除功能异常线粒体的关键质量控制途径。当线粒体自噬失调时，会引发多种人类疾病，像癌症、代谢疾病以及帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病。本文将探讨线粒体自噬起始阶段自噬体形成机制的最新研究进展。
自噬体在线粒体表面从头合成
经典自噬过程中，自噬体形成一般分为起始、成核、扩张和完成 / 闭合四个步骤。以往认为，在选择性自噬中，自噬受体（位于货物膜上）或衔接蛋白（通常通过泛素结合招募到货物上）负责将预先形成的自噬体膜前体（吞噬泡）招募到目标货物上，促进货物的隔离过程，货物的选择性由自噬受体 / 衔接蛋白与自噬体膜上的 ATG8 家族蛋白（GABARAPs 和 LC3s）通过 LIR（LC3 相互作用区域）或 GIM（GABARAP 相互作用基序）相互作用来介导。
然而，近期研究发现，在 PINK1/Parkin 线粒体自噬过程中，ATG8s 对于受损线粒体的隔离并非必需，这表明自噬受体或衔接蛋白中的 LIR/GIMs 对于赋予选择性并非关键。实际上，ATG8s 在自噬体扩张阶段以 LIR 依赖的方式招募泛素结合自噬衔接蛋白（如 NDP52 和 Optineurin，OPTN），以放大线粒体自噬信号。
关于 PINK1/Parkin 线粒体自噬中自噬体生物发生的起始，有研究显示，主要的泛素结合自噬衔接蛋白缺失会阻止自噬起始激酶 ULK1（Unc-51 样自噬激活激酶 1）复合物的招募，这意味着自噬衔接蛋白的作用是招募 ULK1 复合物，在线粒体表面从头触发线粒体自噬起始，而非通过 LIR/GIM 介导的相互作用招募预先形成的吞噬泡。此后，多个研究组发现，自噬衔接蛋白 NDP52 和 p62 等能直接结合 ULK1 复合物的亚基 FIP200，将选定的货物与自噬起始机制联系起来，在有丝分裂吞噬、异源吞噬（NDP52）和聚集吞噬（p62）过程中诱导货物表面自噬体的形成。不过，是否所有其他自噬受体 / 衔接蛋白都遵循这一机制，仍有待探索。
不同线粒体自噬 / 选择性自噬衔接蛋白的独特起始机制
对自噬衔接蛋白 OPTN 在 PINK1/Parkin 线粒体自噬中触发自噬体形成机制的研究发现，OPTN 并不采用与 NDP52 相同的 FIP200 结合机制。它不依赖通常对许多类型选择性自噬至关重要的自噬起始激酶 ULK1/2，而是利用 TBK1（TANK 结合激酶 1）。TBK1 可直接招募并磷酸化 PI3K（磷脂酰肌醇 3 - 激酶）复合物，从而启动自噬体形成，这揭示了除 FIP200 结合机制外的第二种线粒体自噬起始模式。此外，OPTN 还与 ATG9A 相互作用形成平台，促进 TBK1 激活，且线粒体表面 OPTN 的液态凝聚物对自噬起始阶段 ATG9A 小泡的招募和 TBK1 激活十分重要。TBK1 在早期线粒体自噬中的激活还受 TRIM5α 依赖的泛素化作用促进。
与 OPTN 不同，自噬衔接蛋白 NDP52 既可以利用 TBK1，也可以利用 ULK1/2 来启动自噬体形成。它能通过与 FIP200 直接相互作用招募 ULK1/2 复合物，还能通过结合 TBK1 衔接蛋白 NAP1 和 SINTBAD 招募 TBK1 。这些发现表明，自噬体起始机制会因自噬受体 / 衔接蛋白的不同而多样，线粒体自噬以及选择性自噬的起始具有高度灵活性，可能存在组织特异性调节过程。例如，OPTN 在神经组织中高表达，而 NDP52 则不然。
膜结合型线粒体自噬受体也体现了线粒体自噬起始机制的可塑性。线粒体自噬受体 BNIP3 和 NIX 通过直接结合 WIPI 蛋白启动线粒体自噬，WIPI 蛋白再通过 ATG13 招募 ULK1/2 复合物，这是第三种线粒体自噬起始机制。与 PINK1/Parkin 线粒体自噬不同，BNIP3/NIX 介导的线粒体自噬不利用 TBK1，仅依赖 ULK1/2 的激酶活性。其他选择性自噬受体，如 FKBP8（线粒体自噬受体）和 TEX264（内质网自噬受体），在体外既能结合 FIP200，也能结合 WIPI 家族蛋白，这表明它们可能采用 FIP200 驱动或 WIPI 驱动的起始机制，但在细胞环境中这两种机制是同时发生，还是其中一种作为正反馈回路促进自噬体形成，还需进一步研究。总体而言，这些发现表明，多种选择性自噬（包括 BNIP3/NIX 和 FKBP8 介导的线粒体自噬，以及 TEX264 和 CCPG1 介导的内质网自噬）都会在货物表面从头生成自噬体，且结合 FIP200 并非触发自噬起始的唯一方式，不同自噬受体各有其独特机制。细胞拥有多种受体及不同机制的原因可能是为提高目标位点自噬体从头构建的效率，不同受体招募不同起始因子，避免竞争相同因子，进而在不同细胞应激条件下增强线粒体自噬起始。
调节线粒体自噬起始以微调线粒体自噬活性
自噬体形成是一个复杂过程，需要众多蛋白质协同作用。在选择性自噬中，严格调控确保自噬体在正确时间、针对正确货物发生生物合成至关重要。
在有丝分裂吞噬过程中，高效的自噬体形成能防止受损线粒体释放细胞毒性因子，如细胞色素 c 或线粒体 DNA（mtDNA），避免引发细胞死亡或炎症。近期研究发现多个因素可通过干扰起始过程调节线粒体自噬活性。TNIP1 通过与 TAX1BP1 和 FIP200 相互作用，干扰 FIP200 - TAX1BP1 的结合，从而抑制 PINK1/Parkin 线粒体自噬中自噬体的起始形成。TNIP1 的磷酸化（可能由 TBK1 催化）会增强其与 FIP200 的结合亲和力，这表明 TNIP1 与自噬衔接蛋白竞争 FIP200 的结合位点。这种调节机制依赖于 TAX1BP1，因为 TNIP1 过表达仅在野生型细胞中抑制 PINK1/Parkin 线粒体自噬，在 TAX1BP1 基因敲除细胞中则无此效果。此外，TBK1 衔接蛋白 NAP1 和 SINTBAD 可通过与 OPTN 竞争 TBK1 结合，特异性抑制 OPTN 介导的线粒体自噬，但对 NDP52 介导的线粒体自噬却有相反作用，它们能促进 NDP52 - FIP200 相互作用和 TBK1 招募。因此推测，NAP1/SINTBAD 通过设定 OPTN 的起始阈值来调节 OPTN 和 NDP52 介导的线粒体自噬，一旦阈值被突破，就转而促进 NDP52 的活性，以此调节 TBK1 介导的线粒体自噬起始进程。鉴于 TNIP1 可结合 OPTN 且可能被 TBK1 磷酸化，研究 TNIP1 在 NAP1/SINTBAD 存在或缺失情况下对 OPTN 和 NDP52 介导的线粒体自噬起始的影响具有重要意义。
通过基因筛选方法，还发现了几种非 Parkin 依赖的受体介导的线粒体自噬新调节因子。蛋白激酶 Cδ（PRKCD）在 DFP 处理过程中，通过促进 ULK1 复合物的招募，对高效的线粒体自噬至关重要。线粒体膜蛋白 TMEM11 通过直接相互作用在空间上限制线粒体外膜（OMM）上的 BNIP3 和 NIX。敲除 TMEM11 会导致在常氧和缺氧模拟条件下线粒体自噬显著增加，这表明 TMEM11 可能调节 BNIP3/NIX 的激活。
线粒体 F - box 蛋白 FBXL4 与 SKP1 - CUL1 形成 E3 连接酶复合物（SCFFBXL4），在稳态条件下持续将泛素连接到 BNIP3/NIX 上，使这些受体靶向蛋白酶体降解，从而维持线粒体表面 BNIP3/NIX 的低水平，防止过度的线粒体自噬。FBXL4 的致病突变会导致过度的线粒体自噬，引发与 mtDNA 耗竭和氧化磷酸化缺陷相关的严重脑病综合征。这突出了严格调节线粒体自噬的重要性。
SCFFBXL4介导的 BNIP3/NIX 降解还需要线粒体磷酸酶 PPTC7 的参与。PPTC7 通常定位于线粒体基质，它与 BNIP3/NIX 的相互作用使其被困在线粒体外膜，与 SCFFBXL4共同促进 BNIP3/NIX 的降解，且该过程 reportedly 不需要其磷酸酶活性。敲除小鼠中的 FBXL4 或 PPTC7 会导致 BNIP3/NIX 积累、线粒体自噬过度活跃和围产期致死，这证实了它们在体内促进 BNIP3/NIX 蛋白酶体降解和调节线粒体自噬的重要作用。不过，在有丝分裂吞噬过程中 PPTC7 和 SCFFBXL4如何失活以上调 BNIP3/NIX 水平，以及 BNIP3/NIX 是否需要激活才能驱动有丝分裂吞噬，仍有待确定。但对基础条件下 BNIP3/NIX 介导的有丝分裂吞噬限制机制的理解，为进一步研究受体介导的有丝分裂吞噬的调节和激活奠定了基础。
结论
在选择性自噬过程中，自噬体生物合成可在目标货物表面独立于 ATG8 蛋白和自噬受体 / 衔接蛋白中的 LIR 基序触发。不同自噬受体 / 衔接蛋白将目标货物与自噬机制连接的具体机制各不相同，这突破了早期普遍认为的通过 FIP200 结合启动自噬的单一模式，表明自噬体起始机制比之前想象的更加灵活。此外，除 ULK1/2 外，还存在第二种起始激酶 TBK1，这进一步增加了自噬体形成调控的复杂性。例如，在代谢应激时，AMPK 可通过直接促进 Parkin 活性并抑制 ULK1 活性，使细胞倾向于损伤诱导的线粒体自噬而非受体介导的线粒体自噬。由于 ULK1/2 活性对损伤诱导的线粒体自噬并非必需，这就解释了为何细胞在 PINK1/Parkin 线粒体自噬中会利用 TBK1，以及为何存在多种线粒体自噬起始机制。若所有线粒体自噬途径在机制上完全相同，就难以对不同的线粒体自噬途径进行独立调节。
目前尚不清楚每种受体 / 衔接蛋白的起始机制在不同细胞类型和组织中是否需要不同因素。但本文讨论的最新发现强烈表明，这些调节需求可能与细胞类型特异性机制相关，使细胞能够针对不同应激源高度选择性地启动线粒体自噬。此外，对自噬受体 / 衔接蛋白特异性途径的深入研究，将为理解相关调控机制提供新视角，并为靶向治疗与线粒体自噬失调相关的疾病提供潜在的治疗机会。
