《Nature Communications》：VPS26A retromer complex and SNX27 mediate stress-induced Golgi bypass of membrane proteins
编辑推荐：
在细胞应激条件下，许多跨膜蛋白如何绕过高尔基体通过非经典分泌途径（UPS）到达细胞表面，其分子机制尚不清楚。为此，研究人员聚焦于VPS26A回收体复合物与分选连接蛋白SNX27，发现它们共同调控了包括囊性纤维化致病突变体ΔF508-CFTR和新冠病毒刺突蛋白在内的多种膜蛋白的UPS，揭示了回收体在细胞应激反应和病毒感染中的新功能。
在细胞的精密“物流系统”中，大多数蛋白质需要经过内质网和高尔基体（Golgi）的加工和修饰，才能被准确运输到细胞表面或其他细胞器，这一过程被称为经典分泌途径。然而，科学家们逐渐发现，一部分蛋白质，特别是某些跨膜蛋白，能够绕过高尔基体，通过一条不依赖于高尔基体的“捷径”到达目的地，这条路径被称为非经典蛋白分泌（Unconventional Protein Secretion, UPS）。这条途径在细胞应对压力、感染等应激状态时被频繁激活，对维持细胞稳态和应对外界挑战至关重要。例如，导致囊性纤维化的常见致病突变体ΔF508-CFTR（囊性纤维化跨膜电导调节因子），其经典运输途径存在严重缺陷，而新冠病毒（SARS-CoV-2）的刺突蛋白也需要高效地到达细胞表面以组装成有感染力的病毒颗粒。尽管UPS的生理和病理意义重大，但其核心的分子机器和调控机制在很大程度上仍是未解之谜，尤其是在跨膜蛋白的UPS过程中，具体是哪些“运输员”在起作用，一直悬而未决。
为了揭开这个谜团，研究人员在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上发表了一项成果。他们旨在系统性地鉴定调控跨膜蛋白UPS的关键因子。研究人员发现，一个以VPS26A为核心的蛋白质回收复合体（Retromer Complex），连同分选连接蛋白SNX27，共同构成了一个关键的调控枢纽。它们介导了在应激条件下ΔF508-CFTR和SARS-CoV-2刺突蛋白绕过高尔基体、直接到达细胞表面的运输过程，从而阐明了回收体复合物在细胞应激反应和病毒感染中的一个全新且重要的功能。
为了开展这项研究，作者们运用了几个关键的技术手段。首先，他们利用全基因组CRISPR-Cas9敲除筛选技术，系统性地寻找能够影响ΔF508-CFTR通过UPS途径到达细胞表面的关键基因，从而锁定了VPS26A。其次，他们运用了包括免疫共沉淀、蛋白质印迹、免疫荧光共定位分析在内的多种生物化学和细胞生物学方法，深入解析了VPS26A、SNX27与靶蛋白（如ΔF508-CFTR）之间的相互作用以及它们在细胞内的共定位情况。再者，通过功能丧失性实验（如敲低或敲除VPS26A、SNX27），结合细胞表面生物素化标记和流式细胞术等技术，作者们验证了这些因子对UPS过程的必要性。最后，在病毒学层面，他们构建了SARS-CoV-2的病毒样颗粒系统，并通过病毒滴度测定和免疫印迹分析，评估了VPS26A和SNX27在产生有感染力的完整病毒颗粒中的作用。
VPS26A是ΔF508-CFTR非经典分泌的关键调节因子。通过针对性的CRISPR筛选，研究人员发现敲除VPS26A能够显著抑制ΔF508-CFTR在应激条件下到达细胞表面，而对其经典途径运输影响较小，从而首次将VPS26A鉴定为UPS的特异性调控因子。
SNX27将ΔF508-CFTR招募至VPS26A回收体复合物。进一步的分子机制研究表明，分选连接蛋白SNX27充当了“接头”的角色。它通过其PDZ结构域识别并结合ΔF508-CFTR，同时其PX和Ferm结构域负责与富含磷脂酰肌醇-3-磷酸的膜结构以及VPS26A-VPS35-VPS29组成的回收体核心复合物互作，从而在物理上桥接了货物蛋白（ΔF508-CFTR）与运输机器（回收体），促进了其聚集和后续运输。
回收体复合物与SNX27介导多种跨膜蛋白的UPS。该调控机制具有普适性。除了ΔF508-CFTR，研究还证实SARS-CoV-2的刺突蛋白同样依赖于VPS26A和SNX28来通过UPS途径到达细胞表面。功能实验表明，敲低VPS26A或SNX27会显著减少细胞表面刺突蛋白的表达，并最终导致产生的完整且有感染力的SARS-CoV-2病毒颗粒数量急剧下降。
回收体在细胞应激下被特异性招募至UPS通路。在正常的细胞状态下，回收体主要定位于内体（endosome），负责将货物从内体回运至高尔基体或细胞膜。然而，本研究发现，在诱导UPS的细胞应激条件下，VPS26A阳性结构会与经典的内体标志物发生解离，并重新定位到与UPS相关的特定膜区室，这表明回收体在应激下被动态地“征用”并重编程，以执行其新的UPS功能。
该研究的结论与讨论部分总结并升华了上述发现。研究首次揭示，由VPS26A、VPS35和VPS29组成的回收体核心复合物，连同其“接头”蛋白SNX27，共同构成了一个调控跨膜蛋白非经典分泌（UPS）的关键分子机器。这一发现极大地拓展了人们对回收体复合物功能的认识——它不仅是一个已知的“回收员”，负责内体到高尔基体或细胞膜的反向运输，更在细胞应激时化身“应急通道管理员”，介导特定跨膜蛋白绕过发生功能障碍或被抑制的高尔基体，直接到达细胞表面。这项工作从分子机制上解释了像ΔF508-CFTR这样的运输缺陷型蛋白如何在特定条件下部分“代偿”其功能，也为囊性纤维化的治疗提供了潜在的新靶点思路（即增强其UPS途径）。同时，研究揭示了新冠病毒等病原体可能“劫持”宿主细胞的这一应急运输通路，以高效生产并释放子代病毒，这为开发抗病毒疗法（如干扰VPS26A/SNX27轴）开辟了新的方向。总之，该研究不仅解答了跨膜蛋白UPS领域的一个核心机制问题，也建立了细胞应激反应、蛋白质运输缺陷疾病与病毒感染之间的新联系，具有重要的基础科学意义和潜在的转化医学价值。
