跨膜货物受体BNIP3/NIX通过WIPI-ATG13复合体启动线粒体自噬的分子机制解析

本研究揭示了跨膜货物受体启动选择性自噬的新机制：线粒体自噬受体BNIP3/NIX不依赖经典FIP200/ULK1通路，而是通过直接招募WIPI2/3蛋白形成WIPI-ATG13复合体来启动自噬体形成。该发现突破了传统认知，阐明了跨膜受体启动自噬的层级灵活性，为靶向自噬通路的治疗干预提供了新思路。

　　

在细胞稳态维持过程中，选择性自噬(selective autophagy)扮演着"细胞清道夫"的关键角色，负责通过溶酶体途径降解受损或多余的细胞组分。尽管可溶性货物受体(soluble cargo receptors)招募自噬机器的机制已日趋明晰，但定位于细胞器的跨膜货物受体(transmembrane cargo receptors)如何启动选择性自噬仍知之甚少。奥地利维也纳大学Max Perutz实验室的研究团队在《Nature Cell Biology》发表重要成果，首次揭示线粒体跨膜受体BNIP3/NIX通过非经典途径启动自噬的分子机制，为理解选择性自噬的多样性提供了全新视角。

研究人员采用多学科交叉方法，包括蛋白质纯化与互作分析、冷冻电镜结构预测、分子动力学模拟、CRISPR基因编辑细胞模型构建、流式细胞术定量分析等关键技术。通过体外重构实验系统解析蛋白质相互作用网络，结合细胞生物学手段验证功能相关性，并运用计算生物学方法预测关键复合物结构。

研究团队首先发现线粒体自噬受体BNIP3和NIX无法像其他跨膜受体那样直接结合FIP200（自噬起始关键蛋白ULK1复合体的组成部分）。通过质谱分析和蛋白质互作实验，意外发现BNIP3/NIX能特异性结合WIPI2/WIPI3（传统认为的自噬下游因子）。AlphaFold2 Multimer结构预测显示，BNIP3/NIX通过两个独立基序与WIPI2结合：一个是保守的氨基酸序列(E72/L75/D77/E81)，另一个是LC3相互作用基序(LIR)中的色氨酸残基(W36)。分子动力学模拟证实WIPI2表面存在一个可容纳色氨酸的隐秘口袋，这一结构特征对互作至关重要。

为验证这一非经典途径的功能意义，研究人员开发了创新的"分子拴系"系统。将WIPI1/2/3人工锚定在线粒体外膜即可诱导自噬发生，且在BNIP3/NIX双敲除细胞中依然有效，证明WIPI蛋白的线粒体定位足以启动自噬。深入机制研究发现，WIPI2通过其C端无序区(IDR)直接结合ATG13（ULK1复合体亚基），形成"WIPI-ATG13"起始复合体。这种互作模式在饥饿诱导的非选择性自噬中非必需，但在BNIP3/NIX介导的线粒体自噬中不可或缺。

研究还拓展了这一机制的普适性。AlphaFold3筛选发现内质网自噬受体TEX264和另一线粒体受体FKBP8也能结合WIPI2，且部分受体可同时利用FIP200和WIPI两条通路启动自噬。这种启动途径的多样性反映了细胞对不同细胞器质量控制需求的精确调控。

这项研究从根本上改变了人们对自噬启动机制的认识：跨膜货物受体可通过"自下而上"的方式，先招募下游效应因子WIPI，再反向募集上游ULK1复合体。这种层级灵活性解释了不同细胞器自噬的特异性调控，为开发针对神经退行性疾病（如帕金森病）的精准治疗策略提供了新靶点。由于BNIP3/NIX介导的线粒体自噬不依赖TBK1激酶（传统PINK1/Parkin通路的核心组分），该发现还为克服现有治疗方案的局限性开辟了新途径。