阿尔茨海默病风险蛋白BIN1调控自噬体闭合与释放的分子机制及其在神经退行性疾病中的作用

本研究揭示了阿尔茨海默病(AD)第二大风险因子BIN1通过协调ESCRT-III介导的自噬体闭合与DNM2依赖的自噬体释放，调控自噬通路的分子机制。研究人员发现微胶质细胞中BIN1表达上调会抑制DNM2活性，导致自噬体滞留和清除障碍，这为理解AD风险变异如何通过破坏细胞自噬稳态促进神经退行性病变提供了新见解。该发现发表于《Cell Reports》期刊。

　　

在探索阿尔茨海默病(AD)发病机制的过程中，科学家们发现了一个令人困惑的现象：作为AD第二大遗传风险因子的BIN1蛋白，其作用机制长期未明。特别值得注意的是，与AD风险相关的单核苷酸多态性(SNP)会特异性增加髓系细胞（包括大脑中的微胶质细胞）中BIN1的表达水平。这引发了一个关键科学问题：BIN1表达上调如何影响细胞功能，进而增加AD发病风险？

细胞自噬(Autophagy)作为维持蛋白质稳态的重要途径，其功能障碍与多种神经退行性疾病密切相关。在自噬过程中，两个关键步骤需要精确协调：首先是自噬体的膜闭合，由ESCRT-III复合物完成；其次是自噬体从循环内体上的释放，依赖动力蛋白2(DNM2)。然而，这两个步骤如何实现时空上的精准调控，一直是领域内的未解之谜。

剑桥大学医学研究所的Jennifer E. Palmer团队在《Cell Reports》发表的研究，首次揭示了BIN1在这两个关键步骤中的"分子开关"作用。研究人员发现，在自噬体闭合前，BIN1通过其NBAR结构域与ESCRT-III蛋白结合，同时通过SH3结构域抑制DNM2活性；当自噬体闭合完成后，ESCRT-III复合物解离，BIN1随之释放，解除对DNM2的抑制，从而允许自噬体释放。这一精巧的调控机制确保了自噬体只有在完全闭合后才能被释放，避免了未闭合膜结构可能导致的溶酶体内容物泄漏。

为阐明这一机制，研究团队运用了多项关键技术：通过基因敲除和过表达实验在多种细胞系（包括HeLa细胞、原代微胶质细胞和胚胎干细胞来源的神经元）中操纵BIN1表达；采用HaloTag-LC3自噬体闭合检测系统和mRFP-GFP-LC3自噬流报告系统监测自噬过程；利用邻近连接实验(PLA)和免疫共沉淀分析蛋白相互作用；通过超分辨率结构光照明显微镜(SIM)观察蛋白定位；结合AlphaFold多聚体预测蛋白互作界面。

研究结果部分，多个小标题下的发现层层递进：

"Increased BIN1 expression blocks autophagic flux"部分显示，过表达BIN1（特别是微胶质细胞亚型10）会导致自噬体积累和自噬底物清除障碍。使用溶酶体融合抑制剂bafilomycin A1的实验证实，这种积累是由于自噬体清除受阻而非生成增加。

"BIN1 inhibits the DNM2-dependent scission of nascent autophagosomes from the recycling endosome"部分通过共定位分析和HaloTag闭合实验证明，BIN1过表达导致自噬体滞留在RAB11A阳性的循环内体上，但不影响ESCRT-III介导的自噬体闭合。重要的是，BIN1通过形成管状结构隔离DNM2，减少其与LC3B的相互作用。

"BIN1 and DNM2 antagonistically control a rate-limiting release step in autophagosome maturation"部分发现，敲除BIN1可加速自噬体清除，且能挽救DNM2敲除导致的缺陷。这表明BIN1-DNM2平衡调控着自噬体释放这一限速步骤。

"BIN1 interacts with the ESCRT-III complex at autophagosomes"部分揭示，BIN1通过NBAR结构域与CHMP2A、CHMP2B等ESCRT-III组分相互作用。过表达NBAR结构域可竞争性抑制全长BIN1与自噬体的结合，加速自噬流。

"Impaired autophagosome closure sequesters ESCRT-III and BIN1 at phagophores"部分显示，在自噬体闭合缺陷（如VPS4A^E228Q突变或CHMP2A敲除）情况下，ESCRT-III和BIN1会滞留在未闭合的吞噬泡上。邻近连接实验证实此时BIN1与CHMP2B相互作用增强。

"ESCRT-III-BIN1 interactions prevent the DNM2-dependent release of autophagosomes from the recycling endosome before closure is complete"部分最终阐明完整机制：在自噬体闭合前，BIN1同时结合ESCRT-III和DNM2，抑制后者活性；闭合完成后ESCRT-III解离，BIN1释放，解除对DNM2的抑制，允许自噬体释放。

这项研究的重要意义在于：首先，阐明了自噬体闭合与释放这两个关键步骤的协调机制，解决了领域内长期存在的疑问；其次，揭示了AD风险基因BIN1通过干扰自噬通路促进疾病发生的分子基础；第三，为理解微胶质细胞功能障碍在AD中的作用提供了新视角——BIN1表达上调导致的