《Journal of Neurochemistry》：Unconventional Protein Secretion in the Central Nervous System: Mechanisms and Roles in Physiology and Disease
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中枢神经元及胶质细胞对外源性神经递质、蛋白质与肽类的分泌是维持神经功能与内环境稳态的基础。既往研究已阐明突触囊泡胞吐介导的神经递质释放，以及信号肽携带蛋白经内质网(ER)-高尔基体经典分泌通路的分子机制。然而，近年研究证实，缺乏信号肽的“无引导序列”蛋白亦可经
中枢神经元及胶质细胞对外源性神经递质、蛋白质与肽类的分泌是维持神经功能与内环境稳态的基础。既往研究已阐明突触囊泡胞吐介导的神经递质释放，以及信号肽携带蛋白经内质网(ER)-高尔基体经典分泌通路的分子机制。然而，近年研究证实，缺乏信号肽的“无引导序列”蛋白亦可经由不依赖ER-高尔基体的通路实现分泌，此类机制统称为非经典蛋白质分泌(Unconventional Protein Secretion, UcPS)。本综述重点探讨UcPS在中枢神经系统中的生理与病理效应：UcPS介导α-突触核蛋白(α-synuclein)、突变型亨廷顿蛋白(mutant huntingtin)等易聚集蛋白的分泌，参与白细胞介素-1β(IL-1β)、高迁移率族蛋白B1(HMGB1)等促炎介质的外排，并促进成纤维细胞生长因子2(FGF2)等神经保护或血管生成因子的释放。此外，源自古老基因组逆转录元件、具有逆转录病毒结构同源性的多种蛋白亦通过非经典通路分泌，调控突触可塑性等关键CNS过程，凸显UcPS在神经元与胶质细胞生物学中的功能多样性。研究人员系统梳理当前CNS细胞主要UcPS通路的研究进展：包括gasdermin-D介导的质膜孔道释放途径，以及UcPS货物进入自噬或内溶酶体系统后，通过细胞器与质膜融合实现外排的囊泡依赖途径。最后，本文讨论UcPS调控的关键未解问题，包括靶向特定无引导序列货物的分子特征、细胞应激状态下经典分泌与UcPS的平衡转换机制，以及介导囊泡型UcPS的分子机器研究现状。
1 引言
大脑生理学功能依赖于中枢神经系统多种细胞类型的通讯。突触传递作为神经元间通讯的经典模式，定义为突触前神经元释放神经递质并激活突触后受体，但其仅为广义信号网络的一部分。神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞与少突胶质细胞通过持续交互调控神经元活性、组织稳态、蛋白质稳态与免疫监视，该过程由多肽、蛋白质等广谱胞外信号介导，且涉及多条独立分泌通路。经典分泌通路中，携带信号肽的多肽经共翻译插入内质网，经高尔基体加工后装载入分泌囊泡，最终与质膜融合释放货物；神经元与神经内分泌细胞中，源自反式高尔基体网络的致密核心囊泡等调节型分泌颗粒可长期储存，并在刺激下发生胞吐。然而，胞外蛋白质组中相当比例的蛋白无法通过经典通路解释——缺乏ER靶向信号肽与跨膜结构域的蛋白于胞质合成，无法经共翻译插入内质网，却仍可在细胞外检测到，如α-突触核蛋白与IL-1β，提示存在替代性分泌途径。本综述将UcPS定义为货物导向的统称，特指缺乏信号肽与跨膜结构域的蛋白（即UcPS货物）的胞外释放，其涵盖多种机制：直接跨质膜转运、细胞外囊泡关联外排、自噬与溶酶体相关区室分泌、炎性通路相关的质膜孔道介导外排，以及逆转录病毒样颗粒内的特异性转移，需与质膜完整性丧失导致的被动释放相区分。UcPS介导的胞质蛋白释放拓展了CNS细胞间通讯的范畴，既参与应激信号传导、血管生成、先天免疫反应与蛋白质稳态调控，也可驱动神经退行性病变与神经炎症的播散，在神经元与胶质细胞中均发挥神经保护与神经毒性双重作用。
2 UcPS对神经生理与疾病的影响
2.1 易聚集蛋白的UcPS与神经退行性疾病的胞外传播
由错误折叠蛋白扩散导致的蛋白质病包括突触核蛋白病、tau蛋白病与多聚谷氨酰胺疾病，其共同特征为α-突触核蛋白、tau、突变型亨廷顿蛋白等胞质易聚集蛋白经UcPS发生细胞间扩散。α-突触核蛋白作为富集于突触前末梢的内在无序膜结合蛋白，以可溶性或聚集态从神经元释放，胞外聚集体的清除依赖酶解降解或小胶质细胞吞噬，该过程随衰老受损可导致功能障碍与病变进展；同时，胞外α-突触核蛋白可作为促炎刺激因子激活免疫细胞，且其聚集体可在受体细胞内诱导种子聚集，进一步促进细胞间传播。多聚谷氨酰胺扩增的突变型亨廷顿蛋白较野生型更易释放，与细胞内聚集及蛋白质稳态应激相关，其胞外水平升高是亨廷顿病的病理特征，可促进神经组织内蛋白毒性物质的再分布。tau蛋白积累导致的tau蛋白病以阿尔茨海默病最为典型，不可溶性tau聚集体形成的神经原纤维缠结是疾病进展的关键因素。上述证据表明，神经元可通过UcPS播散易聚集蛋白：正常情况下，泛素-蛋白酶体系统与巨自噬等胞内降解通路维持神经元蛋白质稳态，其功能衰竭或饱和导致毒性蛋白累积时，UcPS成为胞质易聚集蛋白外排的补充途径，其中错误折叠相关蛋白分泌(MAPS)作为连接蛋白质稳态的胞质错误折叠蛋白出口通路，与神经元及胶质细胞的其他UcPS机制协同作用。尽管胞外释放可短暂降低细胞内蛋白毒性负荷，但非细胞自主性的分泌过程使蛋白滞留于胞外空间，可激活邻近神经元或胶质细胞、诱导炎症反应并促进受体细胞内聚集，因此CNS中的UcPS是一把双刃剑，既介导蛋白毒性货物的外排，也促进神经退行相关蛋白的传播。
2.2 损伤相关分子模式(DAMPs)的外排与先天免疫调控
神经退行性疾病常伴随神经炎症，胶质细胞分泌的因子在炎症启动与维持中发挥核心作用。错误折叠或聚集的神经元UcPS货物可通过两条途径直接激活胶质细胞：一是直接结合模式识别受体，如胞外寡聚α-突触核蛋白与tau原纤维激活 Toll 样受体1/2(TLR1/2)；二是被胶质细胞内吞后破坏内溶酶体膜，激活NLR家族 pyrin 结构域包含蛋白3(NLRP3)炎症小体，触发促炎细胞因子释放，形成促炎微环境。损伤相关分子模式(DAMPs)作为内源性非微生物分子，其释放常早于细胞死亡，反映适应性应激反应，持续通过胶质细胞模式识别受体信号传导可驱动转录重编程向促炎状态转化，加剧神经退行性病变。高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是典型的CNS DAMP，在tau蛋白病、缺血等病理状态下，神经元与胶质细胞可经UcPS分泌HMGB1；其亚细胞定位在氧化应激下从细胞核转移至胞质，该过程受翻译后修饰与氧化还原状态调控，且不同氧化状态的HMGB1功能存在差异：还原型促进趋化与细胞因子产生，终末氧化型则无免疫活性。胞外HMGB1通过结合TLR4与晚期糖基化终末产物受体(RAGE)激活NF-κB信号通路、活性氧生成与炎症小体启动，促进小胶质细胞活化、抑制炎症消退，并通过破坏突触完整性与胞内稳态通路加剧神经元应激。IL-1β作为缺乏信号肽的细胞因子，其分泌严格依赖UcPS：小胶质细胞与星形胶质细胞中，炎症小体激活导致caspase-1依赖性pro-IL-1β成熟，随后经质膜孔道或囊泡途径释放；胞外IL-1β可增加血脑屏障通透性、允许外周免疫细胞入脑，并直接调控神经元与胶质细胞反应，其信号抑制可改善神经炎症模型小鼠的认知功能，但该因子亦参与髓鞘再生与突触修剪等保护性过程。热休克蛋白(HSPs)与半乳糖凝集素(galectins)等其他具有免疫调节潜能的UcPS货物功能具有双向性：胞外HSP70在阿尔茨海默病模型中发挥神经保护作用，但也可作为DAMP激活TLR4；HSP90在神经炎症条件下分泌并与CNS疾病不良预后相关；半乳糖凝集素家族成员在神经发生与炎症调控中作用复杂，其分泌的保护性或致病性功能取决于具体亚型、细胞类型与疾病背景，目前尚未形成共识。
2.3 UcPS的神经保护功能：应激适应、修复与增殖
除病理作用外，多种UcPS货物通过调控胞外蛋白质稳态、氧化应激反应及促进血管生成与神经发生等组织修复程序支持神经韧性。胰岛素降解酶(IDE)作为胞质蛋白酶，经UcPS分泌后可降解β淀粉样蛋白(Aβ)，限制阿尔茨海默病特征性的胞外聚集体形成；星形胶质细胞是IDE的主要来源，其分泌可被Aβ肽暴露触发，形成“聚集肽出现-蛋白酶分泌-降解聚集肽”的负反馈环路，且阿尔茨海默病患者血清IDE水平降低与认知损伤严重程度正相关，提示该通路可增强胞外蛋白质稳态。氧化应激作为神经退行性疾病的常见诱因，可触发FGF1、PARK7(DJ-1)等多种UcPS货物的释放：FGF1与FGF2在阿尔茨海默病与多发性硬化症患者脑脊液及血清中水平升高，在亨廷顿病与帕金森病模型中可促进神经发生与血管生成；PARK7在特发性帕金森病患者的额叶皮质与黑质中高表达，其基因突变与早发性帕金森病相关，星形胶质细胞分泌的胞外PARK7可保护神经元免受氧化多巴胺毒性损伤，近期HeLa细胞研究显示其经自噬启动的溶酶体通路分泌，依赖SEC22B/STX3/STX4介导的囊泡与质膜融合，该通路在神经元与胶质细胞中的调控机制仍需验证。上述证据共同表明，UcPS在CNS中兼具生存支持与病理损害双重作用，其功能结局具有严格的情境依赖性。
2.4 中枢神经系统中的衰老相关分泌表型(SASP)
细胞衰老是一种伴随生长停滞与衰老相关分泌表型(SASP)的持久状态，其核心特征为衰老细胞释放广谱炎性因子。SASP的核心启动与放大因子IL-1α、IL-1β与HMGB1严格依赖非经典分泌通路：IL-1α与IL-1β的释放依赖炎性caspase激活，HMGB1则经UcPS外排；IL-1α信号进一步驱动IL-6、IL-8等经典分泌因子的表达，形成级联放大效应。衰老细胞的长生存期可能依赖gasdermin-D(GSDMD)介导的非焦亡性分泌通路或其他未充分表征的分泌机制。尽管SASP最初在成纤维细胞中被发现，但CNS中的小胶质细胞、星形胶质细胞与神经元均可获得衰老表型，且参与神经退行性疾病发病：神经元作为终末分化细胞，在阿尔茨海默病中可获得多种衰老标志物，促进淀粉样病变的传播。因此，衰老细胞在多种CNS疾病发病机制中的作用日益明确，SASP的诱导与传播均由UcPS介导的因子释放驱动。
2.5 神经系统中的逆转录元件介导UcPS
UcPS的范畴还涵盖多种进化上被“驯化”的逆转录元件衍生蛋白，其介导脑细胞间的非细胞自主性通讯，包括活动调节细胞骨架相关蛋白(Arc)、父系表达基因10(PEG10)与副肿瘤Ma抗原2(PNMA2)。这些蛋白源自具有逆转录病毒结构相似性的古老基因组元件，可形成类似病毒颗粒的高级组装体，在生理与病理过程中发挥作用。Arc作为典型代表，保留Ty3/gypsy逆转录转座子的Gag样结构域，可自我组装为病毒样衣壳，释放后作为细胞间通讯载体，包裹mRNA货物并保护其免于降解，被受体神经元摄取后翻译为蛋白，调控AMPA受体内化与突触强度。PEG10对哺乳动物胎盘形态发生至关重要，其在CNS中的生理功能尚未完全阐明，但其保留自我组装为病毒样衣壳并包装自身mRNA的能力，推测其可能介导CNS内的RNA基础细胞间通讯，其逆转录转座子活性可通过调控神经元转录组参与Angelman综合征与肌萎缩侧索硬化症(ALS)的发病，凸显病毒样运输在脑内的稳态需求。PNMA家族蛋白（包括PNMA1、PNMA2、PNMA3）同样源自Ty3逆转录转座子的Gag同源结构域，其内源性脑功能仍在探索中，但作为副肿瘤性神经系统综合征的自身免疫触发抗原受到关注：完整的PNMA2衣壳可作为强效适应性免疫系统触发器，导致学习与记忆缺陷。总体而言，逆转录元件衍生蛋白的UcPS揭示了哺乳动物脑内进化共适应的多样性，将神经元通讯的概念从经典神经递质释放拓展至大分子货物（如RNA）的细胞间转移。人类基因组中逆转录元件占比远高于编码蛋白的传统基因，提示大量基因组编码具有自组装与大分子包装潜能的蛋白，其中超过100种Gag样基因产物可能介导类似的细胞间通讯。此类蛋白的病毒样生化特性也为生物启发药物递送系统提供了蓝图，工程化的Arc或PEG10衣壳可作为内源性、低免疫原性的载体用于神经基因治疗，但需解决PNMA2所揭示的免疫原性难题，以及体内靶向特异性、规模化生产等技术障碍。
3 非经典蛋白质分泌通路
UcPS主要分为两类通路：一是孔道介导的分泌，蛋白通过自身形成的孔道（如FGF2）或gasdermin-D等孔道形成蛋白介导的质膜孔道外排；二是囊泡依赖的非孔道分泌，胞质蛋白被纳入细胞器后，通过与质膜融合释放内容物，两类机制在不同细胞类型与刺激条件下可共存，如IL-1β的分泌可经两种通路实现。
3.1 神经元与胶质细胞的孔道介导UcPS
部分UcPS货物通过蛋白传导孔道跨质膜转运，其中FGF2是该机制的原型货物：FGF2通过磷酸化后结合Na,K-ATP酶α亚基募集至质膜内叶，进而结合阴离子磷脂PI(4,5)P2促进寡聚化与膜孔道形成，最终被外叶的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖捕获完成跨膜转运。该机制主要在HeLa与CHO细胞中阐明，而星形胶质细胞是CNS中FGF2的主要来源，未来在原发性胶质细胞中的研究有望发现调控神经发生的靶点。此外，磷酸化tau也被报道可通过类似机制结合阴离子磷脂与糖胺聚糖并插入脂质双层。除货物自身形成孔道外，GSDMD介导的炎性细胞因子分泌是孔道介导UcPS的另一重要模式：炎症小体激活后，caspase-1切割GSDMD，释放的N端片段结合质膜内叶磷脂并寡聚化形成蛋白传导孔道，允许IL-1β、IL-18等胞质蛋白释放。需严格区分GSDMD孔道介导的裂解非依赖性分泌与焦亡导致的被动释放，通常通过乳酸脱氢酶(LDH)释放阴性、渗透保护剂（如甘氨酸）存在下细胞因子仍可分泌两个标准进行判定。目前，裂解非依赖性GSDMD分泌在巨噬细胞中的机制已明确，但在CNS细胞中的证据有限：小胶质细胞炎症小体激活与IL-1家族细胞因子释放已被证实，但多数研究未严格区分焦亡裂解释放与选择性孔道分泌；部分研究显示弓形虫感染诱导的小胶质细胞IL-1α释放可被甘氨酸抑制，提示其为膜破裂驱动的释放，可能与焦亡后外周髓系细胞招募替代相关。而真正的裂解非依赖性分泌可在无明显细胞丢失的情况下重塑CNS炎症微环境并影响神经元功能。此外，gasdermin E作为GSDMD的同源异构体，在外周髓系细胞中亦介导UcPS，且在神经元与其他CNS细胞中表达，可能在CNS UcPS中发挥作用。神经元、星形胶质细胞中虽可检测到炎症小体激活与无信号肽IL-1家族细胞因子的分泌，但离体与在体条件下的焦亡非依赖性释放证据仍有待确立。
3.2 囊泡介导UcPS
与GSDMD孔道介导的炎性死亡偶联释放不同，囊泡中间体与质膜融合介导的UcPS是固有的裂解非依赖性机制。半乳糖凝集素-3、HMGB1等缺乏PI(4,5)P2亲和力的货物仍可分泌，且无炎症小体激活时的GSDMD孔道形成，提示其依赖囊泡通路；α-突触核蛋白、HMGB1、IL-1β等UcPS货物定位于自噬与内溶酶体区室，且自噬体形成或内溶酶体功能的破坏可抑制其分泌，进一步支持囊泡机制的存在。UcPS货物进入囊泡中间体存在多条机制：一是被新生自噬体隔离，即分泌型自噬通路，如皮层神经元中α-突触核蛋白的分泌依赖自噬体形成机器，其可与LC3阳性斑点共定位，且自噬抑制、Beclin-1敲除或自噬体调控因子敲低均可抑制其分泌；二是内吞摄取进入内溶酶体区室，如纤维状α-突触核蛋白被神经元内吞后损伤内溶酶体膜，触发半乳糖凝集素-3招募与自噬体形成机器激活，受损细胞器被包裹入内体-自噬体杂合结构，最终与质膜融合促进聚集体传播，该过程中聚集体始终位于囊泡腔室内，随细胞外囊泡释放而非直接跨膜转运；三是经内质网-高尔基体中间区室(ERGIC)膜转位，由TMED10作为蛋白传导通道介导，分子伴侣HSP90结合TMED10与UcPS货物（包括IL-1家族细胞因子），在货物进入ERGIC前将其解折叠，该通路在HEK293T与HeLa细胞中已证实，近期研究亦显示星形胶质细胞IL-33的分泌依赖TMED10，但ERGIC中的Rab2A如何介导货物分选进入UcPS通路而非顺向转运至顺式高尔基体，以及该分选机制在极化CNS细胞中的作用仍需探索；四是错误折叠相关蛋白分泌(MAPS)通路，主要针对tau、α-突触核蛋白等错误折叠蛋白，依赖内质网关联的胞质去泛素化酶USP19识别泛素化错误折叠蛋白，随后与HSC70、DNAJC5组成的分子伴侣复合物结合，直接进入晚期内溶酶体膜，该过程不依赖LAMP2A，且DNAJC5是人iPSC来源中脑多巴胺神经元中错误折叠α-突触核蛋白分泌的必需因子，但其转位机制与TMED10的作用尚未明确。目前研究显示MAPS与UcPS共享部分分子机器，如SNARE复合体成员SNAP23、STX4与囊泡分选GTP酶RAB8A均参与α-突触核蛋白聚集体的降解与分泌调控，小胶质细胞中分拣受体SORL1的下调可同时损害溶酶体降解与溶酶体胞吐，提示这些通路在蛋白质稳态调控框架下相互交织。
3.3 囊泡成熟与质膜融合
尽管多种细胞器被提议为UcPS货物的入口，但并非所有细胞器均可直接与质膜融合实现分泌。近期全内反射荧光显微镜(TIRF)研究在自噬应激下的神经元质膜观察到mScarlet标记的LC3斑点，其动力学特征符合SNARE介导的融合事件，支持自噬体来源囊泡与质膜融合的模型，但LC3无法区分经典自噬体与两性体或其他LC3阳性中间体，需更多标记物验证囊泡身份。目前更多证据支持自噬体先与内体或溶酶体融合，再由后者与质膜融合，溶酶体作为整合内体与自噬通路的中心中间体，被认为是UcPS的关键枢纽。不同UcPS阶段可能涉及不同的SNARE组合：VAMP7/STX4/SNAP23被认为介导溶酶体-质膜融合，而SEC22B/STX3/STX4/SNAP23则参与分泌型自噬的终末融合步骤，HeLa细胞中SEC22B是PARK7分泌的必需因子，且不参与自噬体-溶酶体融合。但SEC22B经典定位于ERGIC，参与ER-高尔基体运输，其在神经元中也被报道通过非融合机制促进质膜扩张，因此该复合体是否介导神经元与胶质细胞分泌型自噬体与质膜的融合仍需验证。
3.4 神经系统中的逆转录元件介导UcPS
逆转录元件衍生蛋白的分泌机制独立于经典ER-高尔基体通路，类似逆转录病毒颗粒的释放，与孔道介导的单分子跨膜转运及囊泡UcPS的货物包裹模式存在本质差异，其需要高级结构组装后才能出胞。Arc的分泌依赖其结合IRSp53（胰岛素受体底物p53），该蛋白含有反向BAR(I-BAR)结构域，可感知并诱导负膜曲率，促进Arc以质膜出芽方式进入细胞外囊泡(EVs)，该机制被Arc共opted以实现病毒样的细胞间通讯。PEG10与Arc同源，同样主要封装于膜包被的EVs中，保护RNA货物免于胞外核酸酶降解，其分泌受泛素连接酶UBE3A调控，UBE3A缺失导致PEG10积累与分泌增加，参与Angelman综合征的发病，建立了蛋白质质量控制通路与神经元RNA细胞间转移的直接联系。PNMA2的分泌模式则与Arc、PEG10不同，其可自发组装为约20-21 nm的二十面体病毒样衣壳，以无包膜“裸露”衣壳形式分泌，类似腺相关病毒(AAVs)的非包膜病毒释放模式，无需脂质双层包裹，衣壳表面直接暴露于胞外环境。
4 结论与未解问题
当前UcPS的机制研究多源于髓系细胞或永生化细胞系，原发性CNS细胞的相关证据仍有限，但近期研究已开始揭示跨细胞类型的保守特征。现有数据支持CNS UcPS货物通过至少四条独立入口通路进入分泌中间体：自噬体发生过程中的吞噬体捕获、内吞摄取、TMED10依赖的ERGIC膜转位，以及HSC70/DNAJC5介导的内溶酶体区室递送。核心未解问题包括：不同神经细胞中货物如何选择性分选至各通路（如α-突触核蛋白的分选可能依赖构象状态、亚细胞定位与蛋白质稳态状态，而IL-33则可能依赖ERGIC的分子伴侣辅助转位机制）；是否存在共享的终末分泌中间体或统一释放触发信号（溶酶体汇聚模型虽有前景，但溶酶体胞吐依赖Ca2+，而UcPS诱导刺激是否均升高胞内Ca2+仍不明确）；UcPS货物的结构决定簇与翻译后修饰特征（如DNAJC5棕榈酰化调控α-突触核蛋白囊泡分泌、IL-1β需经蛋白酶成熟并由HSP90解折叠后通过TMED10寡聚体转位，但目前尚无类似信号肽的普适性靶向特征）。蛋白质组学结合UcPS机器扰动的研究策略有望系统鉴定共享分泌通路的货物。鉴于错误折叠蛋白聚集在CNS疾病中的核心地位，UcPS具有广泛的病理与治疗意义：抑制分泌可能减少病理传播但加剧胞内蛋白毒性应激，增强神经保护因子（如PARK7、IDE、特定半乳糖凝集素）的分泌则可能成为新的干预策略，未来需进一步明确UcPS与未折叠蛋白反应的互作机制，以及分泌中间体对细胞适应度的影响，为蛋白质病的精准治疗提供靶点。
