线粒体蛋白酶LONP1调控β细胞线粒体蛋白折叠稳态的机制及其在2型糖尿病中的关键作用

本研究揭示了线粒体基质蛋白酶LONP1通过调控β细胞线粒体蛋白折叠稳态，在2型糖尿病(T2D)发病机制中的关键作用。研究人员通过定量蛋白质组学发现T2D患者胰岛中积累的不可溶性蛋白呈现线粒体特异性错误折叠特征，并证实LONP1表达下降会引发线粒体蛋白聚集、呼吸链缺陷和β细胞凋亡。值得注意的是，LONP1的分子伴侣功能（而非蛋白酶活性）通过与线粒体HSP70(mtHSP70)协同作用，能有效逆转糖脂毒性诱导的β细胞死亡。该研究为理解T2D中β细胞衰竭提供了新的蛋白稳态视角，并为靶向线粒体质量控制提供了潜在治疗策略。

　　

在2型糖尿病(T2D)复杂的发病机制中，胰腺β细胞的功能衰竭始终是科学家们试图破解的核心谜题。虽然已知内质网应激和蛋白质错误折叠参与其中，但线粒体这一"细胞能量工厂"的蛋白质量控制体系如何影响β细胞命运，却长期笼罩在迷雾之中。更令人困惑的是，临床观察显示T2D患者的β细胞线粒体呈现明显结构异常和功能缺陷，但导致这些变化的分子开关始终未被完全揭示。

美国密歇根大学医学院（University of Michigan）的研究团队在《Nature Metabolism》发表的重要研究，首次系统阐明了线粒体基质蛋白酶LONP1通过调控β细胞线粒体蛋白折叠稳态，在T2D发病中扮演的关键角色。这项研究创新性地将蛋白质稳态失衡与线粒体功能障碍两大病理过程联系起来，为理解β细胞衰竭提供了全新视角。

研究人员运用了多项关键技术：1）TMT标记定量蛋白质组学分析T2D患者胰岛蛋白溶解度特征；2）构建β细胞特异性Lonp1基因敲除小鼠模型；3）高分辨率三维去卷积成像和电镜分析线粒体超微结构；4）诱导型人源β细胞拟胰岛模型验证LONP1功能；5）BN-PAGE技术评估呼吸链复合体组装状态。

不可溶性线粒体蛋白在T2D患者胰岛中显著富集

通过Triton X-100分馏结合定量质谱分析，研究发现T2D患者胰岛中364种差异蛋白在不可溶组分富集，其中110种定位于线粒体（如ACO2、NDUFA10等），且与线粒体翻译和氧化代谢密切相关。值得注意的是，这种蛋白溶解度变化特征更接近线粒体蛋白酶抑制剂CDDO诱导的表型，而非内质网应激诱导剂衣霉素(TUN)的处理效果。

LONP1表达下调驱动β细胞凋亡

单细胞RNA测序显示T2D患者β细胞中LONP1表达显著降低。通过构建β细胞特异性Lonp1敲除小鼠（β-Lonp1^KO），研究人员观察到进行性高血糖、葡萄糖耐受不良和胰岛素分泌缺陷。组织学分析证实这些表型源于β细胞质量减少（6周龄下降35%），而机制上是由凋亡增加（TUNEL⁺细胞增加3倍）而非增殖改变所致。

线粒体蛋白错误折叠先于氧化应激出现

在β-Lonp1^KO小鼠中，4周龄时即出现ETC-OXPHOS蛋白不可溶性增加和呼吸链复合体组装缺陷，此时尚未检测到活性氧(ROS)水平变化。到6周龄时，伴随线粒体质量（mtDNA减少40%）和膜电位下降，才出现显著氧化损伤。过表达线粒体靶向过氧化氢酶(mCAT)虽能短暂改善表型，但无法逆转蛋白错误折叠，说明后者是更根本的致病因素。

LONP1-mtHSP70分子伴侣活性是维持β细胞存活的关键

通过表达蛋白酶活性缺失的Lonp1^S855A突变体，研究发现其能挽救β-Lonp1^KO拟胰岛中的细胞凋亡，并减少不可溶性蛋白积累。这种保护作用依赖于LONP1与mtHSP70的相互作用，因为mtHSP70抑制剂MKT077可完全阻断该效应。在糖脂毒性(GLT)处理的人源β细胞拟胰岛中，LONP1激活剂84-B10同样显示出显著抗凋亡效果。

ATF5调控轴连接代谢应激与线粒体蛋白稳态

机制上，研究揭示转录因子ATF5在T2D患者β细胞中表达降低，而在体外实验中，ATF5敲除会阻断棕榈酸酯诱导的LONP1和UPR^mt相关基因表达，提示ATF5-LONP1轴可能是β细胞应对代谢应激的重要调控模块。

这项研究确立了线粒体蛋白折叠质量控制作为T2D中β细胞衰竭的新机制，突破了传统认知中内质网应激的核心地位。特别重要的是，发现LONP1的分子伴侣功能（而非其经典蛋白酶活性）通过与mtHSP70协同发挥作用，这为开发特异性靶向药物提供了精确切入点。研究还提出了"线粒体蛋白错误折叠-呼吸链缺陷-氧化损伤"的级联反应模型，为理解其他衰老相关疾病中蛋白稳态与线粒体的交互作用提供了范式。未来针对LONP1-mtHSP70复合体的药理调控，可能成为保护β细胞、延缓T2D进展的新策略。