综述：中间处的Septins——膜接触位点的制造者与打破者

《Journal of Neurochemistry》：Septins in the Middle—Makers and Breakers of Membrane Contact Sites

　　

神经元内的细胞间通讯需要跨越几何复杂且高度区室化的细胞结构对信号进行精确协调。膜接触位点（MCS）——即两个细胞器紧密并列但未发生融合的特化连接区域——已成为实现离子、脂质和代谢物高效交换的关键组织枢纽，然而组织和调控这些连接点的细胞骨架蛋白仍知之甚少。在此，研究人员回顾了证据表明Septins——一类保守的异源寡聚GTP结合蛋白家族，可组装成丝状寡聚体和聚合物——在神经元及其他细胞中作为MCS的整合组分发挥作用。Septins通过与双曲马鞍形膜曲率以及特定膜结构域和细胞器相关联，这种关联通过多碱性基序、两亲性螺旋和跨膜结构域实现。研究人员回顾了Septins如何在出芽酵母的内质网（ER）-质膜（PM）接触处建立扩散屏障，并考虑了类似机制可能在哺乳动物神经元的树突分支点和棘颈处运作的证据。研究人员检验了Septins在ER-PM接触处调节钙库操纵性钙内流（SOCE）中的作用，并探讨了Septins如何调节突触前活性区的膜接触。此外，研究人员强调Septins如何组织宿主细胞器与胞内病原体之间的膜接触，为自噬、线粒体和溶酶体膜提供支架以实现细菌清除。总体而言，这些发现支持以下观点：Septins构成了一类功能多样且未被充分认识的MCS tether，其旁系同源物和亚型特异性的复合物组成可能赋予不同MCS以空间和功能选择性，为理解健康和疾病中的细胞器连接性开辟了新途径。

1 引言：神经元内的细胞间通讯依赖于跨越复杂结构的信号协调。膜接触位点（MCS）是细胞器间紧密并列（通常10–30 nm）的特化区域，由膜tether蛋白维持，促进离子、脂质和代谢物交换。内质网（ER）与质膜（PM）的接触在神经元中尤为关键，调节钙（Ca²⁺）稳态和神经传递。Septins作为细胞骨架丝状蛋白，在神经元形态发生中起重要作用，但其在MCS中的作用尚待探索。

2 Septins：具有膜结合特性的细胞骨架丝：Septins是一类GTP结合蛋白，组装成丝状聚合物，构成独立的细胞骨架网络。哺乳动物有13个基因编码Septins，分为SEPT2、SEPT3、SEPT6和SEPT7四组，组装成异源六聚体或八聚体。Septins通过三种膜结合域与膜结合：多碱性基序（结合磷脂酰肌醇4,5-二磷酸（PIP₂））、两亲性α-螺旋和跨膜结构域。它们偏好与PIP₂富集区域和双曲形膜曲率结合，并定位于多种细胞器膜。Septins在膜空间组织中发挥多种作用：作为支架招募蛋白、建立扩散屏障限制蛋白扩散，并与肌动蛋白/血影蛋白协同维持膜结构域。

3 Septins在ER-PM接触位点的作用：从酵母扩散屏障到神经元区室化：在出芽酵母中，Septins定位于母-芽颈，形成扩散屏障，限制ER和PM膜蛋白从母细胞向子细胞的侧向运动。Septins通过直接与ER蛋白Scs2（VAP家族成员）结合，并招募formin Bud6促进肌动蛋白组装，从而在ER膜上形成鞘脂富集结构域，限制跨膜蛋白扩散。此屏障在ER应激下阻止错误折叠蛋白进入子细胞，参与不对称衰老。类似机制在核膜和线粒体膜中也存在。在神经元中，Septins在树突棘颈处限制AMPA型谷氨酸受体侧向扩散，且Sept3与肌球蛋白Myo5a协同促进ER进入树突棘。此外，Septins调节脂滴（LD）生物发生，FIT2与SEPT7结合促进LD形成。

4 Septins调节ER-PM接触处的钙库操纵性钙内流（SOCE）：SOCE通过STIM1感应ER钙耗竭并激活PM上的Orai1通道来补充ER钙。SEPT2组Septins（如SEPT4、SEPT5）促进STIM1-Orai1聚集：它们在钙耗竭后聚集于PIP₂富集区，通过招募CDC42激活N-WASP/WAVE和ARP2/3，形成肌动蛋白环包围STIM1簇。相反，SEPT7负调控SOCE：在果蝇和人类神经元中，SEPT7敲低导致基础钙内流增加，独立于或依赖于STIM1。在小鼠小脑浦肯野神经元中，Sept7敲除可挽救STIM1缺失导致的缺陷。阿尔茨海默病模型中，Septin组装破坏导致钙信号失调，药物RM127恢复Septin组装可改善突触可塑性。

5 Septins对突触前膜接触的调控：在突触前活性区，Septins调节突触囊泡的对接、启动和融合。Sept5作为负调控因子，与syntaxin-1A结合并竞争α-SNAP，抑制SNARE复合物形成。Sept2和Sept8正调控分泌：Sept2与exocyst复合物协同促进胞吐，并影响SNARE复合物组装；Sept8与syntaxin-1A和VAMP-2结合，稳定Q-SNARE并促进囊泡融合。Septins的平行同源物（如Sept5/11/7和Sept2/6/7）可能执行相反功能，实现时空调控。

6 Septins在宿主-病原体膜接触中的功能：Septins在细胞自主免疫中参与病原体与宿主细胞器的相互作用。在福氏志贺菌（Shigella flexneri）感染中，Septins（SEPT2、SEPT7、SEPT9）组装成笼状结构包裹细菌，限制其运动，并与自噬受体p62和LC3B协同促进自噬清除。Septins定位于细菌与线粒体的接触处，利用线粒体膜作为组装平台；线粒体动力学影响笼形成。在神经元中，Sept3具有Atg8结合基序，可能参与脑内的自噬和线粒体自噬。此外，Septins在病原体进入和退出时也发挥作用：SEPT2/6/7限制铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）的脂质拉链内化，而SEPT11限制单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）内化。在痘病毒退出时，Septins形成笼状结构限制病毒释放。

7 重新思考MCS中的Septins：膜tether编码的原理和机制：Septins符合MCS tether的定义：它们增强两个膜区室的邻近性，并具有三个特征：功能超出膜连接（如支架、屏障）、其相关MCS包含额外tether蛋白、以及参与多种不同MCS。Septins可能通过两种方式直接连接膜：单体丝的双侧膜结合域（SEPT2/3/7组的N端多碱性域和SEPT6组的C端两亲性螺旋）可同时结合两个膜；或通过丝之间的正交交叉桥连接。基于“凹凸兼容性”的拼图模型，Septins可能提供组合编码：不同旁系同源物和亚型复合物选择性地与特定细胞器膜结合，并通过亲和力决定MCS形成。此外，Septins在微管和肌动蛋白上的定位可能促进细胞器聚集形成MCS枢纽。

8 未来方向：未来需定量绘制Septin家族旁系同源物和亚型在不同细胞器MCS上的图谱，并确定它们连接对立膜的结构和机制。需研究翻译后修饰如何调控Septin在MCS的定位和功能。在神经元中，需探索Septin是否存在于树突的周期性ER-PM接触中，并研究其扩散屏障功能。结合膨胀显微镜和超分辨成像及电子断层扫描，将有助于揭示Septin在MCS的超微结构组织。对Septin功能的深入理解有望阐明细胞器连接性的基本原理，并为MCS失调相关疾病提供新的治疗途径。