电压敏感磷酸酶mVSP通过结合basigin实现膜电位调控的磷脂酰肌醇信号转导

本研究揭示了小鼠电压敏感磷酸酶(mVSP)通过与跨膜蛋白basigin(BSG)结合，突破内质网滞留实现膜定位的分子机制。研究人员利用酵母双杂交和AlphaFold结构预测，发现BSG通过跨膜区与mVSP电压感应域(S4)相互作用，使mVSP在生理电压范围内发挥PI(4,5)P2/PI(3,4,5)P3 5-磷酸酶活性。该发现为理解哺乳动物VSP的电化学耦联提供了新范式。

　　

在细胞信号转导的复杂网络中，磷脂酰肌醇(PI)作为重要的第二信使，其动态平衡对细胞功能至关重要。电压敏感磷酸酶(VSP)是一类独特的酶，能够将电信号转化为化学信号——通过电压感应域(VSD)感知膜电位变化，进而调控C端磷酸酶结构域(PD)对PI(4,5)P₂和PI(3,4,5)P₃的去磷酸化作用。虽然海鞘(Ciona intestinalis)等非哺乳动物VSP的功能已被深入解析，但哺乳动物VSP(如小鼠mVSP)却长期笼罩在神秘面纱中，主要因其在异源表达系统中始终滞留于内质网(ER)，无法开展功能性研究。这种知识空白严重阻碍了对其生理功能的理解，特别是在已发现mVSP参与精子运动调控的背景下。

为破解这一谜题，德国马尔堡大学Imran G. Shaikh团队在《Cell Reports》发表的研究，通过系统性实验揭示了basigin(BSG)作为mVSP关键辅助亚基的作用机制。研究人员首先采用膜酵母双杂交技术筛选小鼠脑cDNA文库，意外发现跨膜糖蛋白basigin与mVSP存在相互作用。这一发现极具启发性，因为basigin家族蛋白(包括neuroplastin和embigin)已知能促进其他膜蛋白(如单羧酸转运体MCT和质膜钙泵PMCA)的膜定位。通过共免疫沉淀和共定位实验，研究团队证实了这种相互作用的特异性，并发现共表达basigin可使mVSP从ER重定位至质膜(PM)。

关键技术方法包括：1) 膜酵母双杂交筛选mVSP互作蛋白；2) 构建ER滞留型basigin突变体验证共转运机制；3) AlphaFold-Multimer预测蛋白互作界面；4) 基于ROMK2稳定表达细胞的膜电位钳定技术；5) TIRF显微镜实时监测PI(4,5)P₂(PLCδ1-PH传感器)和PI(3,4)P₂(TAPP1-PH传感器)动态变化。

研究结果可分为四个关键发现：

"Basigin调控mVSP的细胞表面定位"部分显示，单独表达的mVSP-GFP定位于ER和高尔基体，而basigin-RFP则富集于质膜。共表达时，mVSP与basigin呈现显著共定位，定量分析显示PM/胞质荧光比从<1提升至>2。通过引入细胞外HA标签的抗体标记实验进一步证实，只有共表达basigin时才能在非通透性细胞中检测到mVSP-HA的膜定位。

"Basigin介导从ER滞留中逃逸"部分阐明了分子机制。ER滞留型basigin(BSG_ERret)与mVSP共表达时，两者共同滞留于ER，证明basigin不能以非依赖结合的方式促进mVSP转运。延时成像显示basigin-mVSP复合物向PM的转运需48小时，远慢于basigin单独转运速度(24小时)，提示存在特殊的质量控制机制。

"定位mVSP与basigin的相互作用界面"部分通过截短突变和点突变实验，发现basigin的跨膜区(TM)中保守的Glu222是关键残基。电荷中和突变(E222Q)或反转突变(E222K)完全破坏basigin促进mVSP膜定位的能力。AlphaFold-Multimer预测显示，basigin的TM螺旋与mVSP电压感应域S4段形成17±3个接触点，其中Glu222与S4主链氧原子可能形成氢键网络。

"mVSP的电压依赖性磷酸酶活性"部分首次报道了天然哺乳动物VSP的电压敏感性。通过调控K⁺浓度改变膜电位，发现mVSP/basigin在-50至-25 mV范围内即显示显著活性，比Ci-VSP的激活阈值更负。嵌合体实验证明这种特性是mVSP VSD的固有属性，不受basigin调控。

讨论部分强调该研究揭示了哺乳动物VSP功能调控的双重机制：basigin介导的转运控制空间定位，电压感应决定时间动态。在进化上，这种调控层级可能是哺乳动物特有的适应，以满足精子发生和成熟过程中对PI代谢的精确调控需求。研究还提出了有趣的可能性：精子在附睾中-10 mV的静息电位可能使mVSP处于持续活跃状态，而在获能后超极化至-65 mV时可能关闭酶活。

这项研究不仅解决了哺乳动物VSP功能表征的基本问题，还为理解basigin家族蛋白作为"膜蛋白转运枢纽"的普遍机制提供了新视角。未来研究可聚焦于：1) 内源性mVSP-basigin复合物的验证；2) 精子发育过程中动态调控的生理意义；3) 开发基于该互作界面的特异性调节剂。这些发现也为相关男性不育症的治疗靶点开发奠定了分子基础。