内在无序蛋白在神经退行性疾病溶酶体酸化功能障碍中的病理作用

《Translational Neurodegeneration》：The pathological roles of intrinsically disordered proteins in lysosomal acidification dysfunction in neurodegenerative diseases

　　

阿尔茨海默病（AD）、额颞叶痴呆（FTD）和帕金森病（PD）等神经退行性疾病的特征在于内在无序蛋白（IDPs）的积累，包括淀粉样蛋白-β（Aβ）、tau和α-突触核蛋白（αSyn）。这些蛋白质通过毒性聚集、蛋白质稳态受损和进行性神经退行性变破坏神经元稳态，其部分机制是通过自噬-溶酶体通路（ALP）的功能障碍实现的。这一损伤的核心特征是液泡型（H+）-ATP酶（V-ATP酶）功能缺陷，导致溶酶体去酸化和降解能力降低。病理性的IDP种类通过与V-ATP酶亚基直接相互作用或干扰其组装而汇聚于V-ATP酶，同时还发挥蛋白质特异性的效应，包括溶酶体膜失稳、水解酶活性受损以及内吞-溶酶体运输紊乱。这些联合机制在溶酶体功能障碍与IDP积累之间形成了相互促进的关系，其中溶酶体降解功能的受损进一步促进了病理性IDP种类的持续存在和聚集。本综述综合了目前关于AD、FTD和PD中IDPs与溶酶体酸化之间分子互作的最新见解，并强调了这些过程如何促进疾病进展。研究人员进一步讨论了旨在恢复溶酶体功能的新兴治疗策略。这些发现强调溶酶体功能障碍是IDP驱动的神经退行性变的一个共同特征，也是这些疾病的一个潜在治疗靶点。

引言

阿尔茨海默病（AD）、额颞叶痴呆（FTD）和帕金森病（PD）是以认知、行为和/或运动缺陷为特征的神经退行性疾病。尽管临床异质性显著，但它们共同具有相同的分子病理学特征：内在无序蛋白（IDPs）的错误折叠和聚集。关键例子包括淀粉样蛋白-β（Aβ）、tau和α-突触核蛋白（αSyn），它们分别形成淀粉样斑块、神经原纤维缠结（NFTs）和路易小体，并在不同疾病背景下经常表现出病理共现和串扰。错误折叠的IDPs通过功能丧失和毒性功能获得两种机制驱动神经毒性，特别是通过形成可溶性寡聚体和纤维状聚集体来破坏细胞稳态，包括损害溶酶体运输、内吞-溶酶体运输和降解清除通路。毒性IDP积累的关键因素包括自噬体生物发生受损、溶酶体酸化缺陷以及自噬流中断，共同导致蛋白质稳态清除受损和神经元死亡。

自噬-溶酶体通路与液泡型（H⁺）-ATP酶（V-ATP酶）介导的神经元溶酶体酸化

自噬和溶酶体通路对于维持细胞稳态至关重要，通过降解和回收受损细胞器、错误折叠蛋白和毒性聚集体来实现，而溶酶体则提供细胞内货物分解所需的酸性水解酶。神经元对毒性蛋白种类的积累特别敏感，这凸显了其对高效自噬-溶酶体通路（ALP）以维持细胞完整性的依赖性。新出现的证据表明，淀粉样前体蛋白（APP）和tau的异常加工可以破坏V-ATP酶功能，导致溶酶体酸化和降解能力下降。这些IDPs与V-ATP酶之间的致病性相互作用促进了毒性聚集体的积累，并加剧了神经炎症和神经元损伤。高效的溶酶体降解需要一个酸性的管腔pH值（约4.5-5.0），这主要由V-ATP酶复合物及其相关调节因子建立。哺乳动物V-ATP酶是一个旋转ATP依赖性质子泵，由两个功能域组成：胞质V₁结构域（水解ATP）和膜嵌入式V₀结构域（介导质子转运）。离子通道通过调节跨溶酶体膜的离子通量在溶酶体酸化中发挥关键作用。V-ATP酶的质子泵送是生电性的，会产生跨膜电位，否则会限制进一步的质子积累。为了维持管腔酸化，需要由Cl^-和K⁺通路等通道和转运蛋白介导的反向离子传导来消散这种电荷，从而支持高效的质子流入并维持溶酶体依赖过程。

IDPs在神经退行性疾病中的作用

IDPs是一类在生理条件下全部或部分序列缺乏稳定三维结构的蛋白质。与具有明确构象的蛋白质不同，IDPs采用动态的结构集合体，从而实现功能多样性和与多个结合伙伴的相互作用。然而，这些相同的结构特性也使它们容易发生异常的构象转变和聚集。这些聚集体的积累破坏了细胞稳态，损害了细胞内运输和突触功能，最终导致神经元功能障碍和死亡。几种IDPs，包括Aβ、tau和αSyn，已被证明会破坏溶酶体膜完整性和功能，进一步损害错误折叠蛋白的降解。反过来，溶酶体降解受损又促进了这些易聚集蛋白的积累，形成了一个IDP聚集、积累和传播的恶性循环，最终驱动神经退行性变。IDPs的内在无序特性还使其能够经历液-液相分离，形成浓缩特定蛋白质和生物分子的无膜凝聚体。除了Aβ、tau和αSyn之外，其他与神经退行性变相关的IDPs也与溶酶体功能障碍有关。

Aβ诱导的溶酶体功能障碍和自噬阻断

Aβ在低浓度下参与多种生理过程，包括细胞粘附、突触可塑性、金属离子稳态、细胞信号传导和抗菌防御。致病性Aβ种类在神经退行性变中发挥核心作用。Aβ₄₂是一种在AD中起核心作用的致病肽，通过APP的淀粉样蛋白生成途径产生。Aβ和APP-βCTF通过在溶酶体膜的不同侧相互作用来干扰V-ATP酶活性。Aβ已被报道通过管腔内区域与ATP6V0C等V-ATP酶亚基结合，表明管腔侧的相互作用会损害V-ATP酶功能。磷酸化的APP-βCTF（pY682-APP-βCTF）直接与ATP6V0A1亚基胞质结构域内的一个明确口袋结合，干扰V₁-V₀的关联。此外，Aβ可以减少转录因子EB（TFEB）的核转位，这是溶酶体生物发生的主要调节因子。Aβ还可以隔离Beclin-1（自噬体成核的关键调节因子），并通过干扰关键的运输和融合蛋白（包括SNAREs和Rab GTPases）来妨碍自噬体-溶酶体融合。遗传因素也调节这些过程。与家族性AD相关的早老素-1（PSEN1）突变已被报道会损害V-ATP酶运输和溶酶体酸化。

tau驱动的自噬和溶酶体功能障碍

Tau是一种微管相关蛋白，由MAPT基因编码，在稳定微管、调节细胞骨架动力学和支持细胞内运输方面发挥核心作用。致病性MAPT突变与FTD有关。Tau经历一系列异常翻译后修饰（PTMs），促使其从微管上解离并启动聚集。在tau病理学中，溶酶体功能障碍表现为多个层面。Tau可以与V-ATP酶相互作用并损害其功能，特别是通过与ATP6V0C亚基结合。Tau过表达和聚集会抑制V-ATP酶活性，减少溶酶体酸化并损害降解能力。Tau还会损害自噬体-溶酶体融合。此外，tau纤维可以通过引起纳米级膜损伤和破坏溶酶体膜完整性来诱导溶酶体膜透化（LMP）。

αSyn介导的溶酶体酸化损伤

αSyn是一种主要存在于突触前末梢的蛋白质，在突触囊泡运输和多巴胺能神经传递中发挥作用。αSyn的聚集是PD和路易体痴呆的标志。αSyn通过多种机制损害溶酶体酸化。αSyn可以与V-ATP酶相互作用，特别是通过影响ATP6V0C亚基来损害其功能。αSyn还可以通过干扰TFEB的核定位来损害溶酶体生物发生。αSyn的聚集形式可以直接破坏溶酶体膜的完整性，导致LMP和组织蛋白酶泄漏到胞质中。此外，与PD相关的基因如GBA1和LRRK2的突变通过不同的机制加剧溶酶体功能障碍。

针对溶酶体酸化的新兴治疗策略

鉴于溶酶体酸化功能障碍在IDP驱动的神经退行性疾病中的核心作用，恢复溶酶体功能已成为一个有前景的治疗策略。正在探索的方法包括增强V-ATP酶活性和组装、调节溶酶体离子通道、激活TFEB介导的溶酶体生物发生、使用酸性纳米颗粒和pH调节剂，以及靶向特定的IDP-V-ATP酶相互作用。例如，透明质酸酶HYAL通过CD44轴可以挽救Aβ和tau引起的V-ATP酶功能障碍。此外，抑制NDST3已被证明可以恢复AD模型中的溶酶体酸化并改善Aβ和tau病理。