SNX8可促進(jìn)溶酶體重組并逆轉(zhuǎn)溶酶體貯積癥

溶酶體貯積癥(Lysosomal Storage Disease，LSD) 是一組遺傳性代謝疾病，是由于基因突變致溶酶體中有關(guān)酸性水解酶缺陷，導(dǎo)致機(jī)體中相應(yīng)的生物大分子不能正常降解而在溶酶體中貯積，從而引起細(xì)胞組織器官功能的障礙。

該疾病具有的共同表型包括溶酶體肥大和缺陷的溶酶體貯積。盡管已經(jīng)研發(fā)了基因治療和酶替代療法，但都是針對(duì)特定亞型的LSDs，因此，尚未找到有效的廣譜型治療去對(duì)抗LSDs。

文獻(xiàn)來源

研究表明在蛋白酶體重組過程中，分揀核心蛋白SNX8促進(jìn)溶酶體管狀化，并且SNX8的缺失會(huì)導(dǎo)致LSDs表型特征，反之，過表達(dá)SNX8可挽救LSDs特征。此外，通過篩選天然化合物文庫還鑒定了3種小分子，它們可增強(qiáng)SNX8-溶酶體結(jié)合并逆轉(zhuǎn)人類細(xì)胞和小鼠中的LSD表型，這為L(zhǎng)SDs的治療提供了潛在的解決方案。

項(xiàng)目研究

首先，研究人員探索了SNX-BAR蛋白是否參與溶酶體的管狀化。結(jié)果表明，只有SNX2和SNX8與溶酶體標(biāo)志物(LAMP1)共定位；在長(zhǎng)時(shí)間血清饑餓狀態(tài)下觸發(fā)溶酶體重組，SNX2和SNX8均定位于管狀溶酶體結(jié)構(gòu)上；

為了研究SNX 2和SNX 8是否是溶酶體滋養(yǎng)所必需的，構(gòu)建了KO敲除細(xì)胞系，SNX 2-KO細(xì)胞顯示溶酶體微管變化，與SNX 8 KO相比，SNX 2/SNX 8-DKO進(jìn)一步抑制溶酶體微管。以上數(shù)據(jù)表明，SNX8可能是負(fù)責(zé)溶酶體管狀化的主要蛋白。

據(jù)報(bào)道，抑制溶酶體重組會(huì)導(dǎo)致溶酶體增大。SNX8KO的溶酶體體積增大，SNX2/SNX8 DKO后溶酶體體積進(jìn)一步擴(kuò)大。進(jìn)一步展開研究SNX 8調(diào)節(jié)溶酶體微管的機(jī)制，通過co-IP實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SNX8與LAMP1或至少與LAMP1陽性的溶酶體相互作用。

已知SNX蛋白結(jié)合磷酸肌苷以實(shí)現(xiàn)其膜靶向，PIP Strip分析顯示，SNX8可結(jié)合磷酸肌肽PI(5)P和PI(3,5)P2被募集到溶酶體上。將10 μM SNX8蛋白作用于純化的溶酶體時(shí)，SNX8誘導(dǎo)形成直徑在50-100nm之間的光滑管狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)SNX8- K135A（磷酸肌醇結(jié)合殘基）蛋白只能形成扭曲形狀的較薄管狀結(jié)構(gòu)。說明SNX8可以通過與PI(5)P或PI(3,5)P2的相互作用被招募到溶酶體中，并管化溶酶體。

溶酶體重組被證明是至關(guān)重要的功能性溶酶體的穩(wěn)態(tài)。溶酶體重組的破壞顯示與溶酶體貯積癥表型相關(guān)。于是在SNX8-KO和SNX2/8-DKO細(xì)胞中檢查了LSD特征。結(jié)果顯示，SNX8-KO和SNX2/8-DKO細(xì)胞表現(xiàn)出溶酶體體積增大，溶酶體膽固醇蓄積，有缺陷的逆行轉(zhuǎn)運(yùn)，溶酶體管壁減少，和在重復(fù)饑餓下的較低存活力等。進(jìn)一步研究顯示SNX8過表達(dá)能夠有效挽救或減少LSD表型。

為了評(píng)估SNX8在LSD治療方向的潛力，研究人員利用了Hexb?/?小鼠中分離的真皮成纖維細(xì)胞，具有與HEXA-KOHeLa細(xì)胞類似的LSD表型。通過SNX8過表達(dá)抑制了Hexb?/?成纖維細(xì)胞的LSD表型。將SNX8過表達(dá)腺相關(guān)病毒（AAV）或?qū)φ詹《続AV- GFP注射到Hexb - / -小鼠的大腦中。切片結(jié)果顯示，SNX8過表達(dá)成功地挽救了Hexb?/?小鼠中GM2神經(jīng)節(jié)苷脂的儲(chǔ)存和NeuN+神經(jīng)元的損傷。Hexb?/?小鼠表現(xiàn)出肌肉減弱和身體平衡受損，SNX8過表達(dá)則完全挽救了肌肉無力，并恢復(fù)了身體平衡/肌肉耐力。上述結(jié)果將有利于SNX8作為L(zhǎng)SD治療靶點(diǎn)的潛在應(yīng)用。

研究人員使用TargetMol提供的天然化合物文庫篩選到3種用于LSD治療的潛在SNX8依賴性藥物小分子，即Elemicin、異補(bǔ)骨脂素和Morroniside，它們可以減少LSD表型。但這些分子未能逆轉(zhuǎn)SNX8-KO細(xì)胞中的LSD表型，這表明這些分子以SNX8依賴的方式改善了LSD表型。緊接著，測(cè)試了小分子在小鼠體內(nèi)的有效性。由于這三種分子的行為相似，作者選擇了用Elemicin用于Hexb?/?小鼠疾病治療。Elemicin抑制了Hexb?/?小鼠成纖維細(xì)胞中LSD表型，降低了GM2儲(chǔ)存并恢復(fù)了NeuN+神經(jīng)元。因此，欖香素完全恢復(fù)了Hexb?/?小鼠的肌肉無力。這些結(jié)果表明，欖香素可以作為一種潛在的抗LSD藥物。

研究結(jié)論

本研究結(jié)果表明溶酶體小管的形成需要SNX8，以及較小程度上還需要SNX2。缺失SNX8或SNX2/SNX8會(huì)誘發(fā)LSD表型，而SNX8的過表達(dá)可以在LSD模型細(xì)胞系和小鼠模型中拯救LSD表型。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了幾種能通過上調(diào)SNX8減輕LSD表型的小分子。這些研究結(jié)果可能為L(zhǎng)SD患者提供潛在的廣譜療法。