《Molecular and Cellular Biology》：Targeting Ubiquitinated Protein Aggregates in Neurodegenerative Diseases: current Status and Future Directions
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多种细胞应激源抑制翻译起始并促进核糖体解聚，从而瞬时诱导应激颗粒（stress granules, SGs），即包含mRNA和RNA结合蛋白的动态核糖核蛋白凝聚体。尽管SG装配通常是可逆的，但SG动力学的失调可触发持久性泛素阳性蛋白包涵体的形成。越来越多的证据
多种细胞应激源抑制翻译起始并促进核糖体解聚，从而瞬时诱导应激颗粒（stress granules, SGs），即包含mRNA和RNA结合蛋白的动态核糖核蛋白凝聚体。尽管SG装配通常是可逆的，但SG动力学的失调可触发持久性泛素阳性蛋白包涵体的形成。越来越多的证据表明，SGs转化为不溶性聚集体是神经退行性蛋白病（如肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）和阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD））的核心致病机制。TAR DNA结合蛋白43（TDP-43）和Tau分别是ALS和AD的致病因子，两者在应激条件下均定位于SGs。在疾病进展过程中，SGs内的TDP-43或Tau发生病理改变，促进神经毒性包涵体的形成，进而导致神经元功能障碍和死亡。本综述总结了在理解调控SG装配和去装配的分子因子以及驱动SGs转化为与神经退行性疾病相关聚集体的病理过程方面的最新进展，特别强调了泛素特异性蛋白酶10（ubiquitin-specific protease 10, USP10）的作用，该酶调节SG动力学，并在机制上与ALS和AD相关。最后，研究人员讨论了靶向这些通路以减缓神经退行性疾病进展的治疗潜力。
**Introduction**
细胞持续暴露于多种环境和生理应激，这些应激破坏蛋白质稳态和RNA代谢，包括氧化应激、热休克和营养剥夺。作为响应，细胞解聚多聚核糖体、抑制全局翻译并诱导应激颗粒（stress granules, SGs）的装配，SGs是高度动态、无膜的核糖核蛋白凝聚体，瞬时隔离mRNA、翻译起始因子和RNA结合蛋白，主要来源于解聚的核糖体。SG的形成通常被认为是细胞保护性的，因为翻译抑制与核糖体解聚可限制错误折叠蛋白的积累，并在应激条件下促进细胞存活。应激解除后，SGs通常发生去装配并允许核糖体重新组装，从而快速恢复翻译活性并促进细胞恢复。然而，在慢性或病理性应激下，SGs可能无法有效去装配，反而从可逆的SGs转变为异常的泛素化蛋白包涵体。该病理转变与异常蛋白聚集及SG衍生残留物的持续存在密切相关。SG动力学的失调与多种神经退行性疾病的发展相关，如肌萎缩侧索硬化（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）和阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD），两者均以不溶性泛素化蛋白聚集体的积累为特征。本综述总结了SG动力学与病理性蛋白聚集体形成之间调控相互作用的最新进展，首先概述SG装配和去装配的分子机制，然后探讨这些过程的扰动如何导致神经退行性变中的病理性SG重塑，其中泛素特异性蛋白酶10（ubiquitin-specific protease 10, USP10）作为调节SG动态的关键分子受到特别关注，最后讨论了通过靶向这些异常聚集途径来恢复蛋白质稳态和减缓疾病进展的新兴治疗策略。
**Structure and diversity of SGs**
SGs是由核糖体蛋白、RNA结合蛋白（RNA-binding proteins, RBPs）和RNA组成的动态无膜凝聚体，主要来源于应激条件下解聚的核糖体。其形成与翻译停滞紧密相关，并在细胞应激期间限制异常错误折叠蛋白的积累。许多细胞应激触发SGs的瞬时装配，随后其去装配和核糖体重新组装，允许翻译恢复并促进细胞从应激中恢复。SGs具有核心-壳层组织，核心是相对稳定致密的结构，作为SG装配的成核中心；壳层则更动态、更像液体，允许组分与细胞质快速交换。比较蛋白质组学和转录组学揭示SG组成存在显著异质性，不同细胞类型和应激条件下SG组成差异很大，体现了SG高度动态和异质性的特点。
**Mechanism of SG assembly**
SGs通过液-液相分离（liquid–liquid phase separation, LLPS）形成，这是一种由RBPs和RNA之间的多价相互作用驱动的生物物理过程，使无膜细胞器得以组装。这些相互作用通常由RBPs内的内在无序区或低复杂度结构域介导，形成动态的液体样凝聚体。核心SG蛋白，如Ras-GAP SH3结构域结合蛋白1（Ras-GAP SH3 domain-binding protein 1, G3BP1），包含内在无序区、蛋白-蛋白相互作用结构域和RNA结合结构域，介导与其他SG组分的弱可逆相互作用，实现快速可逆的凝聚。
**Initiation of SG formation**
SG装配的经典触发因素是应激响应性激酶磷酸化真核起始因子2α（eukaryotic initiation factor 2α, eIF2α），磷酸化的eIF2α抑制翻译起始三元复合物的循环，导致全局翻译停滞和未翻译mRNA的积累，作为SG装配的成核底物。此外，SG形成也可通过eIF2α非依赖机制发生，如eIF4F复合物（由eIF4E、eIF4G和eIF4A组成）的破坏，或tRNA衍生应激诱导RNA（tRNA-derived stress-induced RNAs, tiRNAs）的生成，后者干扰eIF4F复合物装配。mTORC1信号通路也参与调控eIF2α非依赖的SG动态，通过磷酸化4E-BP1促进eIF4E-eIF4GI复合物形成，从而增强停滞的48S前起始复合物的积累，作为SG装配的平台。
**Initiators of SG formation**
G3BP1和G3BP2是典型的支架蛋白，对经典SG装配至关重要，缺失两者会完全消除SGs的形成。G3BP1的结合伴侣作为分子枢纽精细调控SG装配，如CAPRIN1促进SG形成，而USP10竞争同一结合位点抑制SG形成。USP10既可作为SG形成的促进者也可作为抑制剂，取决于细胞环境，它通过去泛素化G3BP1稳定其蛋白或竞争结合G3BP1发挥作用。TIA1和TIAR是RBPs，过表达TIA1足以诱导SG形成，且可独立于G3BP蛋白进行，表明存在多条部分冗余的成核途径。UBAP2L被识别为关键调控因子，独立于G3BP1和TIA1启动SG核心形成，并促进含G3BP1/2的SGs成熟。
**Chaperone-mediated quality control of SGs**
分子伴侣是细胞维持蛋白质稳态的第一道防线，其中HSPB8-BAG3-HSP70复合物在维持SG稳态中发挥关键作用，特别是在蛋白质毒性应激下，它选择性识别和提取SG内的缺陷核糖体产物（defective ribosomal products, DRiPs）或其他易聚集蛋白，恢复SG可塑性，防止其转化为不溶性病理聚集体。
**Mechanisms of SG disassembly**
VCP（valosin-containing protein，又称p97）是一种进化保守的AAA+ ATP酶，通过水解ATP重塑蛋白复合物并提取泛素化底物，促进SG去装配，例如在热应激下，G3BP1泛素化后与FAF2相互作用，招募VCP至SGs，驱动泛素化G3BP1的ATP依赖性移除，从而破坏SG核心相互作用。G3BP1的泛素化还作为信号介导SGs的选择性自噬清除，自噬受体如p62/SQSTM1和CALCOCO2结合泛素化G3BP1，将SGs连接至自噬机器。USP10在蛋白质毒性应激下促进SGs清除，通过去泛素化活性或与G3BP1相互作用调节SG动态，延迟清除则增加泛素在SG内的积累。
**Aggresomes**
在某些情况下，SG去装配后随之形成聚集体（aggresomes），聚集体富含泛素化蛋白，在应激条件下泛素化蛋白过度积累时形成。应激解除后，聚集体内的泛素化蛋白通过自噬和/或蛋白酶体途径降解，恢复蛋白质稳态。HDAC6、USP10和p62/SQSTM1三者相互作用，在聚集体形成中发挥关键作用。HDAC6通过其C端泛素结合域结合多聚泛素化错误折叠蛋白，并连接至动力蛋白复合物，沿微管向微管组织中心（microtubule-organizing center, MTOC）逆行运输，促进聚集体装配。p62/SQSTM1作为选择性自噬受体，通过自身寡聚化促进泛素化蛋白的聚集，并在聚集体内浓缩这些蛋白。USP10通过抑制泛素化易聚集蛋白的降解并促进其与p62/SQSTM1复合物向MTOC转运，正向调节聚集体形成。聚集体清除依赖于HDAC6介导的片段化，随后p62/SQSTM1连接泛素化蛋白至自噬机器，通过选择性自噬和泛素-蛋白酶体系统降解。
**Physiological and pathological roles of SGs**
SGs在应激条件下作为细胞保护性反应的活跃介质，隔离促凋亡的RACK1，调节信号级联并抑制凋亡执行通路，同时限制活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累和ROS依赖性凋亡。在先天免疫中，SGs作为瞬时枢纽，集中病毒RNA传感器和信号分子，促进抗病毒反应。在癌细胞中，SGs通过隔离凋亡和应激反应相关信号分子，促进肿瘤细胞适应缺氧、营养剥夺等应激，支持增殖和转移。然而，慢性或反复应激可触发SGs的液-固相转变，导致持久不溶性聚集体的积累，这是神经退行性疾病的病理标志。
**The role of SGs in familial TDP-43 proteinopathies**
TDP-43是ALS中包涵体的主要成分，在正常神经元中主要定位于细胞核，应激条件下通过其C端朊病毒样结构域和RNA识别基序1（RNA recognition motif 1, RRM1）被招募至SGs。许多ALS相关基因突变通过SG依赖机制促进病理性TDP-43聚集，如FUS、TIA1、HNRNPA1等RBPs的突变增强SG装配和持久性，延长TDP-43在SGs内的滞留，促进其泛素化和病理聚集。TARDBP基因突变（如G294A、A315T等）改变TDP-43的生物物理性质，促进SG形成并延迟去装配，诱导异常聚集。K181E突变位于RRM1附近，削弱RNA结合，导致TDP-43聚集。
**Aggregation mechanisms of TDP-43 in sALS**
散发性ALS（sALS）中TDP-43病理聚集体的特征包括多种翻译后修饰，如磷酸化、泛素化、乙酰化和蛋白酶裂解。磷酸化是晚期TDP-43包涵体的标志。泛素化反映细胞试图降解聚集的TDP-43，但病理条件下反而促进聚集。蛋白酶裂解产生C端片段（如TDP-35和TDP-25），增加细胞质定位和聚集倾向。乙酰化（如K145和K192位点）削弱RNA结合能力，降低SG定位，诱导非SG依赖的异常聚集。乙酰化TDP-43在ALS患者神经元中检测到，且USP10不与乙酰化模拟突变体结合，USP10阴性的TDP-43聚集体在ALS组织中占比较高，提示乙酰化RNA结合缺陷的TDP-43通过非经典SG依赖途径形成病理聚集体。
**SG pathways in the pathogenesis of AD**
AD中Tau蛋白过度磷酸化后从微管脱离，形成不溶性纤维即神经原纤维缠结（neurofibrillary tangles, NFTs）。SG组分TIA1和USP10与磷酸化Tau（p-Tau）聚集体共定位。在蛋白酶体抑制下，Tau通过USP10和TIA1依赖机制在培养神经元中积累于SGs。Tia1或Usp10杂合敲除显著减少致病性Tau突变小鼠的Tau聚集，并延长生存期，但Usp10敲除的长期保护作用有限，因为USP10同时通过抗氧化途径支持神经元存活。G3BP2则通过与Tau直接相互作用抑制Tau聚集，发挥保护作用。因此，TIA1/USP10相关SGs和G3BP2相关SGs对Tau聚集具有相反效应。
**The role of SGs in fibrillar Tau formation**
AD患者神经元中p-Tau聚集体可分为USP10阳性和USP10阴性群体。USP10阳性Tau聚集体主要位于神经元胞体，呈非纤维形态；USP10阴性Tau聚集体主要分布于神经突起，呈纤维样形态。在Braak V期向VI期转变时，USP10阴性Tau聚集体显著增加，伴随高分子量Tau物种积累，提示USP10阴性聚集体代表纤维状Tau。USP10阳性Tau聚集体在SGs或聚集体内形成并维持非纤维状态，而USP10阴性纤维状Tau在SGs和聚集体外形成。
**USP10 downregulation in AD**
在AD晚期Braak VI期，USP10蛋白水平选择性下调，与神经元凋亡增加相关。USP10下调可能由p62/SQSTM1介导的选择性自噬增强其降解引起。Usp10敲除小鼠在胚胎期和成年期出现神经元凋亡和进行性神经退行性变，部分基因敲除在致病性Tau转基因小鼠后期降低生存率。USP10通过激活抗氧化转录因子NRF2抑制ROS产生和ROS依赖性凋亡，并通过核糖体相关蛋白质量控制维持翻译稳态。在ALS和HAM/TSP中，USP10表达也降低，提示USP10下调是连接蛋白聚集与神经元死亡的共同病理特征。
**Therapeutic targeting of SGs**
靶向G3BP1/2 NTF2样结构域的小分子G3Ia和G3Ib可有效解离应激诱导的SGs，但需谨慎调控以避免发育和RNA代谢相关毒性。靶向RBP相互作用的策略如奎纳克林和米托蒽醌通过阻断TDP-43等疾病相关RBP向SGs的招募来抑制SG装配。增强SG清除的策略如通过提高USP10活性促进SG去装配，但需注意USP10也调控p53等通路，系统性激活可能带来肿瘤风险。综上，通过选择性解离、抑制异常成核或增强自噬清除来靶向调控SG动态，为ALS、AD及相关蛋白病开发疾病修饰疗法提供了合理蓝图。
**Concluding remarks**
神经退行性疾病中的病理性蛋白聚集可通过SG依赖和SG非依赖两条途径发生。在ALS中，TDP-43的分子状态决定其聚集途径：某些突变促进SG持久性，而另一些突变削弱RNA结合，导致非SG依赖聚集。类似框架可能适用于AD中的Tau病理：Tau在早期可积累于USP10阳性SGs和聚集体形成非纤维聚集体，但疾病进展伴随USP10阴性纤维状Tau的出现。USP10在神经退行性变中发挥双相作用：早期促进SG相关蛋白聚集，晚期其下调导致神经元凋亡。USP10阳性聚集体还在帕金森病和路易体痴呆中报道，提示SG/聚集体相关聚集途径可能是更广泛的致病机制。进一步阐明这些相互关联的通路有助于揭示疾病进展的基本机制，并发现新的治疗机会以恢复蛋白质稳态和维持神经元活力。
