综述：cAMP信号传导中的区室化：相分离视角

这篇综述深入探讨了液-液相分离（LLPS）在环磷酸腺苷（cAMP）-蛋白激酶A（PKA）信号通路区室化中的新兴作用。文章系统梳理了LLPS如何动态调控受体簇（如GPCRs）、效应分子（如PKA RIα凝聚体）和终止信号（如磷酸二酯酶PDEs）的空间组织，揭示了相分离通过形成非膜性区室（如cAMP缓冲池）增强信号特异性的机制，并为癌症和神经退行性疾病的治疗提供了新靶点。

　　

摘要

细胞依赖精确的时空信号控制实现功能特异性。环磷酸腺苷（cAMP）和蛋白激酶A（PKA）信号通路的区室化使拥挤的胞质内产生差异化响应。传统理论认为区室化由PKA锚定、磷酸二酯酶（PDE）介导的cAMP降解和扩散限制实现，而新证据表明液-液相分离（LLPS）在组织cAMP信号中起关键作用。LLPS参与受体簇形成、环核苷酸合成、效应分子激活和信号终止，为cAMP活性的空间限制提供动态机制。尤其值得注意的是，PKA RIα凝聚体可作为cAMP缓冲池，调节局部cAMP可用性和PDE介导的降解。破坏cAMP/PKA通路组分的LLPS与癌症和神经退行性疾病相关，凸显其生理意义。

1 引言

细胞利用有限信号通路处理多样外界刺激的能力依赖于严格的时空控制。cAMP作为第二信使，其区室化是信号特异性的核心。经典例子是心脏中β肾上腺素受体（βAR）和前列腺素受体激活产生相同cAMP水平却引发不同生理效应，这归因于PKA亚型的空间隔离。近年发现LLPS通过动态组装/解聚生物分子凝聚体，为信号区室化提供了超越静态支架的新机制。

2 cAMP区室化

cAMP梯度传统上由PDE局部降解和AKAP锚定PKA形成。新模型提出PKA RIα通过LLPS形成凝聚体，其特性包括：

• 动态缓冲：cAMP促进RIα相分离，形成可逆的cAMP储库
• 增强PDE效率：破坏RIα凝聚体会降低PDE4D2的cAMP降解效率
• 病理关联：肝癌中DNAJB1-PRKACA融合基因导致RIα凝聚体破坏，引发异常PKA激活

3 液-液相分离（LLPS）基础

LLPS由含固有无序区（IDR）的多价蛋白驱动，受离子浓度、pH和机械力调控。典型例子包括：

• 应激颗粒（SG）：含RNA结合蛋白（如G3BP1、TIA1），响应氧化应激瞬时组装
• P小体：调控mRNA加工，展现温度依赖性相变

4 GPCR激活中的相分离

GPCR簇通过LLPS增强信号转导：

• T细胞受体（TCR）：接头蛋白LAT相分离形成信号微区，排斥磷酸酶CD45以维持激活
• 机械传感：整合素-黏着斑通过力依赖性LLPS组织PKA（如talin作为机械门控AKAP）
• 纳米域限制：GLP-1R形成半径60nm的cAMP纳米域（RAINs），依赖PKA-AKAP结合

5 cAMP生成与相分离

cGAS-STING通路中，DNA触发cGAS相分离形成催化微区：

• 金属离子作用：Zn²⁺稳定cGAS-DNA相互作用
• 非线性放大：LLPS将DNA激活阈值降低10倍

6 PKA的相分离

PKA RIα凝聚体的特征：

• 双重二聚化界面：D/D域结合AKAPs，CNB-A域的N3A基序驱动LLPS
• 非经典激活：凝聚体内保留有活性的PKA催化亚基，无需完全解离
• 调控悖论：smAKAP结合RIα D/D域会抑制相分离，提示锚定与LLPS竞争

7 cAMP-EPAC信号中的相分离

EPAC1核相分离调控：

• SUMO化：核凝聚体富集SUMO酶（UBC9），促进氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）诱导的泡沫细胞形成
• 转录调控：与组蛋白基因座体（HLB）共定位，选择性上调组蛋白基因

8 PKA靶标与相分离

CREB调控转录共激活因子2（CRTC2）：

• 相分离依赖的延伸：凝聚体招募P-TEFb释放Pol II暂停
• 疾病关联：多囊肾病中CRTC2凝聚体驱动囊泡生成相关基因过表达

9 AKAP信号与相分离

AKAP95通过101-210氨基酸区相分离：

• RNA剪接：酪氨酸突变（Y→S）破坏剪接调控
• 致癌作用：通过可变剪接调控细胞周期基因

10 PDE信号与相分离

新兴证据提示：

• PDE11A4：海马区年龄依赖性相分离形成"幽灵轴突"
• PDE8A-14-3-3ζ：可能通过相分离区室化延缓信号终止

11 磷酸酶信号与相分离

SHP1/2相分离影响：

• 血小板功能：SHP1 R306E突变破坏LLPS但不影响酶活
• 肿瘤代谢：SHP2凝聚体驱动线粒体复合体I/III过度激活

12 结论

LLPS为cAMP信号提供超越传统支架的动态区室化机制，但其在生理病理中的精确调控仍需探索。靶向相分离（如PDE11A4抑制剂、SHP2 LLPS破坏剂）可能开辟疾病治疗新途径。未来研究需整合超分辨成像、化学生物学和计算模型，揭示LLPS在信号网络中的定量规律。