《Autophagy》：Survey of the human proteostasis network: translation, protein folding, and organelle-specific systems
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拥有健康、功能正常的蛋白质组的状态被称为蛋白质稳态（protein homeostasis），或称蛋白质稳态（proteostasis）。维持蛋白质稳态是蛋白质稳态网络（proteostasis network, PN）的职责，该网络由调节蛋白质合成、折叠、定
拥有健康、功能正常的蛋白质组的状态被称为蛋白质稳态（protein homeostasis），或称蛋白质稳态（proteostasis）。维持蛋白质稳态是蛋白质稳态网络（proteostasis network, PN）的职责，该网络由调节蛋白质合成、折叠、定位和降解的细胞组分组成。蛋白质稳态网络是生物学中的一个基本功能单元，与许多疾病相关。尽管其重要性，人类蛋白质稳态网络至今缺乏精确定义，限制了研究人员探究蛋白质稳态、整合多组学数据集、比较不同研究结果或模拟疾病中蛋白质稳态功能障碍的能力。为解决这一局限，研究人员通过提供一份全面、注释完善且人工策展的组件列表，操作性地定义了人类蛋白质稳态网络，这些组件根据其功能和定位分为九个分支——胞质-核蛋白质稳态（cytonuclear proteostasis）、内质网（endoplasmic reticulum, ER）蛋白质稳态、线粒体蛋白质稳态、核蛋白质稳态、蛋白质稳态网络调控、翻译、细胞外蛋白质稳态、自噬-溶酶体途径（autophagy-lysosome pathway, ALP）和泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system, UPS）——并以三篇系列论文呈现，本文为其中第一篇。总体而言，蛋白质稳态网络注释涵盖3,151个组件，由4,043条注释描述。本文介绍了构成前七个分支的1,190个组件，包括基于区室的蛋白质稳态网络（胞质-核、内质网、线粒体、核和细胞外蛋白质稳态）、蛋白质稳态网络调控和翻译。这些分支包括伴侣蛋白（chaperone）、折叠酶（folding enzyme）、蛋白质运输系统、细胞器特异性降解系统以及细胞的翻译机制。这项工作提供了一个框架，将有助于理解蛋白质稳态如何在健康中得以维持、在衰老和疾病中丧失，以及如何通过药理学干预加以恢复。
人类蛋白质稳态网络（proteostasis network, PN）是维持蛋白质组健康功能状态的核心体系。蛋白质折叠过程并非完全高效，新生肽链的错误折叠可产生有毒聚集体，因此生物体进化出复杂的PN来调控蛋白质的合成、折叠、运输和降解。然而，人类PN长期以来缺乏精确的组成定义，已有研究多集中于伴侣蛋白（chaperone），对蛋白质运输和降解等分支覆盖不足，限制了对蛋白质稳态的机制探究、多组学数据整合以及疾病模型的构建。为填补这一空白，研究人员开展了系统性的PN注释工作。
该研究采用实体（entity-based）和结构域（domain-based）双重纳入标准，结合文献人工策展与同源分析，构建了人类PN的全面注释列表。根据功能和定位，PN被划分为九个分支：胞质-核蛋白质稳态、内质网（endoplasmic reticulum, ER）蛋白质稳态、线粒体蛋白质稳态、核蛋白质稳态、PN调控、翻译、细胞外蛋白质稳态、自噬-溶酶体途径（autophagy-lysosome pathway, ALP）和泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system, UPS）。本论文为系列论文的第一篇，重点注释前七个分支，共包含1,190个独特组件。全部PN注释共涵盖3,151个组件，由4,043条注释描述。该研究为理解蛋白质稳态在健康中的维持、衰老和疾病中的丧失以及药物干预的恢复潜力提供了基础框架。论文发表在《Autophagy》。
在技术方法上，研究人员首先基于相关综述和数据库生成候选列表；其次，通过实体标准（存在实验证据）和结构域标准（含有与蛋白质稳态密切相关的结构域，如HSP70家族特征性结构域）纳入或排除条目；第三，利用同源性搜索和InterPro数据库进行结构域注释；第四，由蛋白质稳态联盟成员对每个基因进行逐个人工审查，对边界案例通过共识决策；最后，参考Gene Ontology、Reactome、KEGG、UniProt等数据库进行交叉验证。该研究不涉及样本队列。
研究结果部分，首先在“蛋白质稳态网络概述”中，研究人员描绘了PN的完整组成，包括蛋白质合成机器、伴侣蛋白和折叠酶、蛋白质运输通道以及细胞器特异性降解系统。在“纳入标准”部分，以VCP蛋白为例说明实体标准，因其参与ER相关降解、线粒体转位相关降解和核糖体相关质量控制；以HSPA/HSP70家族为例说明结构域标准，通过序列同源性鉴定出17个基因，并根据结构完整性进行分类；以含TPR结构域蛋白为例，展示了如何结合实体和结构域标准，仅将含有羧酸盐钳（CC-TPR）的31个蛋白归为HSP70/HSP90协同伴侣。在“注释分类方案”部分，研究人员建立了五级分类体系（分支、类、组、型、亚型），以BAG1为例，其注释为胞质-核蛋白质稳态分支、伴侣蛋白类、HSPA/HSP70系统组、核苷酸交换因子型、BAG结构域家族亚型。在“人类PN的组件分布”部分，数据显示ALP有862个独特组件，UPS有1,438个独特组件，两者重叠156个；本文所涉七个分支共1,190个组件，其中67个与ALP重叠，90个与UPS重叠，26个同时与两者重叠。在“基于区室的分支注释”部分，研究人员阐述了各细胞区室的蛋白质稳态特征：胞质-核区室缺乏二硫键异构酶，ER具有独特的糖蛋白稳态系统，线粒体富含蛋白酶，细胞外空间依赖ATP非依赖型“holdase”伴侣如CLU，并详细描述了ER、线粒体、核的蛋白质运输分类，如SEC61复合物、信号识别颗粒、核孔复合物、TOMM/TIMM复合物等。在“翻译分支注释”部分，翻译被分为胞质翻译和线粒体翻译，涵盖核糖体、生物发生因子及翻译各阶段因子，胞质翻译还包含新生肽链处理和核糖体相关质量控制（ribosome-associated quality control, RQC）。在“PN调控分支注释”部分，列出了HSF1、XBP1、ATF6等转录因子，以及整合应激反应（integrated stress response, ISR）激酶EIF2AK1/2/3/4等调控因子，并说明ALP的调控因子被归入ALP分支以保持自洽。在“使用PN注释”部分，已有研究利用初步注释进行CRISPRi Perturb-seq分析，发现线粒体PN组分耗竭主要激活ISR而非未折叠蛋白反应（unfolded protein response, UPR）；另一项研究利用注释分析了32种疾病的“蛋白质稳态特征”，可区分癌症、神经退行性疾病和心血管疾病。
讨论部分指出，该注释定义的1,190个基因约占人类蛋白编码基因的5%，加上ALP和UPS后，显示蛋白质降解系统与合成折叠系统的规模相当，凸显了蛋白质周转调控的精细性。该框架使研究人员能够评估衰老过程中PN组分的功能下降，并揭示疾病中的保护机制和失败基础，为诊断和治疗靶点提供依据。该注释被视为第一版，将通过社区反馈持续更新。研究结论：通过提供全面的人类蛋白质稳态网络注释，该研究使这一关键生物系统能够常规纳入多种生物学和疾病背景的研究，从而促进对蛋白质稳态在健康中维持、在衰老和疾病中丧失以及通过药理干预恢复的理解。
