VPS13C/PARK23启动脂质转运与膜重塑以实现高效的溶酶体修复

《Nature Communications》：VPS13C/PARK23 initiates lipid transfer and membrane remodeling for efficient lysosomal repair

　　

溶酶体完整性的扰动与神经系统疾病及衰老密切相关，但其潜在的致病机制尚未完全阐明。研究人员利用无偏蛋白质组学方法，鉴定出桥接样脂质转运蛋白VPS13C/PARK23是溶酶体损伤全局早期应答通路的关键组分。VPS13C在机械或渗透张力下即可结合溶酶体，为膜损伤做好准备。膜损伤触发该蛋白C端发生构象变化，涉及其ATG2C结构域感知损伤诱导的脂质堆积缺陷。研究人员证实，VPS13C形成的内质网-溶酶体接触为OSBP/ORPs提供了关键结合平台，从而实现对损伤溶酶体的有效内质网包裹。采用化学方法评估定向内质网至溶酶体脂质转运发现，VPS13C对于急性损伤溶酶体的大规模脂质供应至关重要，以促进其修复。研究结果揭示了VPS13C功能缺失突变如何增加帕金森病风险的新机制。

溶酶体作为必需的降解性细胞器，在营养感知、细胞生长信号、细胞应激处理和免疫等方面发挥核心作用。溶酶体完整性受损与神经退行性疾病及衰老密切相关，但相关致病机制尚未完全阐明。当溶酶体受到病原体入侵、二氧化硅晶体穿孔或溶酶体靶向物质 destabilization 等外源性因素，以及脂质过氧化或脂质代谢物积累等内源性因素损伤时，其限制性膜可能发生破裂，导致水解酶释放至胞质，引发炎症信号、自噬功能障碍和细胞死亡。为维持溶酶体完整性，细胞演化出多种损伤应答通路，包括严重损伤时的溶酶体自噬（lysophagy）以及清除轻微损伤的修复机制。目前已知的修复机制包括ESCRT（endosomal sorting complexes required for transport）机器介导的膜穿孔修复和鞘脂依赖性修复通路，但前者需要持续的新鲜脂质供应以维持膜结构，由此引出一个关键问题：损伤溶酶体如何获得大规模脂质供应？

研究人员利用无偏蛋白质组学方法，旨在鉴定快速招募至损伤溶酶体的蛋白质，以期阐明高效溶酶体修复的细胞机制。研究人员通过亲和纯化LAMP1-GFP标记的溶酶体，结合DIA（data-independent acquisition）液相色谱-串联质谱技术，对完整和损伤溶酶体进行了比较蛋白质组学分析。同时，研究人员还采用基于点击化学的实时成像策略，定量评估内质网至溶酶体的定向脂质转运。

蛋白质组学筛选鉴定出VPS13C/PARK23是溶酶体损伤的核心响应蛋白。VPS13C招募早于OSBP，且不依赖PITT（phosphoinositide-initiated membrane tethering and lipid transport）通路。VPS13C缺失完全消除了OSBP/ORP的招募及损伤溶酶体的内质网包裹。机制研究表明，VPS13C的C端ATG2C^VPS13C结构域通过识别损伤诱导的脂质堆积缺陷，触发蛋白构象变化，从而区分受应激溶酶体和受损溶酶体。机械张力或低渗膨胀即可诱导VPS13C大规模结合溶酶体，此过程不依赖ATG2C^VPS13C结构域；而膜损伤后的结合则严格依赖于该结构域。

在脂质转运研究方面，研究人员开发了代谢标记与点击化学相结合的实时成像方法：利用N³-胆碱（N³-Cho）标记细胞内PC（phosphatidylcholine，磷脂酰胆碱）池，再用ER-DBCO进行内质网选择性的SPAAC（strain-promoted alkyne–azide cycloaddition）反应标记。通过晶格光片显微镜（LLSM）追踪cPC^ER（点击反应标记的内质网磷脂酰胆碱）与CNX-Halo（HaloTag标记的钙连蛋白）的比率变化，研究发现溶酶体损伤促进净的、定向的内质网至溶酶体脂质转运，且该过程依赖VPS13C。VPS13C敲除完全消除了损伤诱导的cPC^ER向溶酶体的积累，但不影响PI4P（phosphatidylinositol-4-phosphate，磷脂酰肌醇-4-磷酸）在溶酶体表面的积累。

功能验证实验显示，VPS13C缺失显著损害溶酶体修复能力。利用GPN（glycyl-L-phenylalanine 2-naphthylamide，甘氨酰-L-苯丙氨酸-2-萘胺）或LLOMe（L-leucyl-L-leucine methyl ester，L-亮氨酰-L-亮氨酸甲酯）诱导急性溶酶体损伤后，VPS13C敲除细胞的溶酶体pH恢复显著延迟，Lyso-pHluorin阳性 puncta 清除明显减慢，表明其修复效率严重受损。

讨论部分指出，VPS13C作为早期保护性应答的关键组分，在溶酶体损伤前即感知膜张力变化，随后通过ATG2C^VPS13C结构域识别脂质堆积缺陷，启动大规模定向脂质转运，为ESCRT和鞘脂依赖的膜修复机制提供必要的脂质供应。与LYVAC/PDZD8主要促进膜扩张以增强渗透耐受性不同，VPS13C启动的脂质转运主要与清除膜损伤相关。VPS13C位于OSBP/ORP/ATG2A脂质转运通路的上游，其形成的内质网-溶酶体接触为后续蛋白提供结合平台，协调脂质转运与溶酶体损伤修复的同步进行。

研究结论：研究揭示了VPS13C/PARK23在溶酶体损伤应答中的核心作用，该桥接样脂质转运蛋白通过感知膜张力和损伤诱导的脂质堆积缺陷，启动大规模内质网至溶酶体脂质转运，协调膜重塑以实现高效的溶酶体修复。VPS13C功能缺失突变通过破坏这一早期保护性应答机制，增加溶酶体脆性，从而为理解帕金森病的致病机制提供了新的理论基础。