近日,我院內分泌與代謝病學科石國軍/陳燕銘教授團隊，聯合美國弗吉尼亞大學齊嶺教授、中山大學生命科學學院崔雋教授團隊，在國際著名期刊Advanced Science（IF：14.3）發表封面論文 “Coordinated Role of Autophagy and ERAD in Maintaining Neuroendocrine Function by Preventing Prohormone Aggregation”,揭示了正確合成肽類激素的內質網質量控制系統的核心保護機制。潘序雅博士后、何星博士、吳蘇助理研究員、熊娜碩士為文章的并列第一作者。

文章以下丘腦精氨酸加壓素（AVP）的合成為研究切入點，揭示了內質網質量控制（ERQC）中兩大核心通路——ERAD（內質網相關降解）與自噬（autophagy）的動態協作機制，并提出“激素前體成熟雙重保護系統（DuPPE）”模型，為激素合成異常的神經內分泌疾病的治療提供全新視角。

內分泌神經元中，激素前體的正確折疊與分泌至關重要，是維持生命活動的基石。這一過程的失衡可導致發育異常、肥胖、中樞性尿崩癥等多種內分泌代謝性疾病。為應對這一挑戰，細胞進化出復雜的內質網質量控制（ERQC）機制對上述過程進行嚴密監控及提供相應保護。該機制核心在于防止激素前體蛋白在內質網中錯誤折疊、累積或形成聚集體。其中內質網相關降解（ERAD）通路和自噬（autophagy）通路是兩道關鍵的防線。

內分泌神經元中ERAD和自噬在發育與應激狀態下協同響應

首先對小鼠下丘腦神經元單細胞測序結果進行分析，發現在AVP神經元中，“自噬”與“ER應激響應”通路的激活與激素合成的需求緊密同步：在胚胎發育階段，AVP神經元主要依賴基礎ERAD活性維持蛋白質穩態；而在出生后，自噬通路顯著上調，尤其在脫水應激下，ERAD和自噬通路協同激活，共同對抗蛋白錯誤折疊。進一步利用基因集變異分析（GSVA）發現，高表達Avp的神經元集群中，自噬與ERAD通路活性顯著增強，提示神經內分泌元在大量蛋白合成壓力下依賴雙重質量控制機制維持穩態。為解析proAVP的具體質量控制機制，團隊應用TurboID——蛋白鄰近標記技術發現proAVP不僅和內質網相關蛋白結合（包括ERAD關鍵蛋白Sel1L）,還與溶酶體相關蛋白（如GRN）結合，提示proAVP蛋白質量控制需要ERAD與自噬的協同參與。

自噬缺陷引起遲發型中樞性尿崩癥，并存在ERAD代償機制

為進一步探索自噬缺陷AVP神經元維持proAVP成熟效率的代償機制，團隊構建了AVP神經元特異性自噬缺陷小鼠（Atg7^AVP）、ERAD缺陷小鼠（Sel1L^AVP）及自噬/ERAD雙重缺陷小鼠（Atg7;Sel1L^AVP）。發現Sel1L^AVP小鼠3周齡即發生中樞性尿崩癥，proAVP在神經元內質網中形成聚集體累積，并伴隨BiP等分子伴侶表達升高；而Atg7^AVP小鼠在6月齡后才逐漸出現多尿、低滲尿癥狀，但在高滲飲水下癥狀可顯著加重；Atg7;Sel1L^AVP小鼠不僅早期即出現典型尿崩癥狀，且在高滲飲水條件下迅速死亡。此外，發現在自噬缺陷下ERAD通路激活發揮部分代償作用，提示ERAD與自噬協同確保proAVP正確合成、維持機體水平衡的重要性。

內質網自噬受體FAM134B介導proAVP聚集體降解，且調控ERAD核心蛋白HRD1水平

為進一步探索自噬缺陷AVP神經元維持proAVP成熟效率的代償機制，研究通過WB/TurboID等體外實驗證實，ERAD選擇性降解錯誤折疊proAVP單體，而自噬通路則通過FAM134B這一自噬受體依賴途徑特異性降解proAVP聚集體。此外，自噬通路可通過FAM134B依賴的機制降解ERAD關鍵E3連接酶HRD1；在小鼠中同樣發現自噬缺陷AVP神經元中，HRD1蛋白水平顯著升高。前期報道HRD1可降解內質網中錯誤折疊proAVP，上述結果提示神經元可能通過ERAD通路的代償性激活以保護因自噬缺陷引起的錯誤折疊proAVP累積及神經元損傷。

AVP神經元中HRD1蛋白水平隨年齡增長而升高，且軸突中成熟proAVP顯著減少，提示衰老過程中內分泌神經元proAVP等肽類激素合成后錯誤折疊增加，因而需要更高ERAD通路活性增強錯誤折疊蛋白清除，以維持內分泌神經元正常功能。而在自噬通路缺陷AVP神經元中，HRD1處于較高表達水平，其水平無法隨年齡增長而持續增加，提示ERAD代償功能或活性可能已處于高位或因長期激活而處于耗竭狀態，因此在6月齡小鼠開始表現出尿崩癥癥狀。

該研究揭示了ERAD與自噬動態協同作用、確保proAVP正確合成的質量控制機制，并提出了“激素前體成熟雙重保護系統（Dual?protection system of?prohormone maturation in the?ER,DuPPE；PPE乃借用英文中實驗室常用的Personal Protection Equipment，個人安全防護設備這一簡稱）”這一模型，為人們理解神經內分泌激素缺乏相關疾病的發生、發展提供了新的視角，也為內分泌代謝病及神經退行性疾病等蛋白錯誤折疊相關疾病的治療及藥物研發提供了新靶點、新策略、新思路。

圖解：ERAD通路與ER-phagy通路為神經內分泌細胞中proAVP的成熟過程提供了“雙保險”。（1）正常條件下，proAVP內質網中合成后，約95%會正確折疊而轉運出內質網；約5%會發生錯誤折疊，需要被重新折疊或被內質網質控機制第一道防線（保險）-ERAD通路降解。（2）如果大量錯誤折疊proAVP在內質網中累積（如長期高滲透壓壓力等），超過了ERAD通路降解能力，則錯誤折疊proAVP會發生分子間二硫鍵交聯而形成不溶的聚集體（aggregates）。此時，內質網質控機制第二道防線-ER-Phagy激活，在FAM134B 輔助下，選擇性降解proAVP聚集體。（3）如果ERAD和Autophagy中一條通路缺失，則另一條通路會激活；ERAD缺失會引起Autophagy激活，直接幫助清除proAVP聚集體。

創新模型：DuPPE系統與分子足球賽隱喻

基于上述發現，團隊提出“內質網激素前體成熟雙重保護模型（Dual?protection system of?prohormone maturation in the?ER, DuPPE）”，類比實驗室個人防護設備（PPE），強調ERAD與自噬分別作為“早期攔截”與“終末清除”防線，共同維護蛋白穩態。此外，研究首次揭示自噬可通過降解ERAD核心蛋白HRD1動態調控系統活性，形成“自噬-ERAD互調”機制，為細胞應對蛋白質穩態挑戰的智能策略提供新見解。

研究封面以“分子足球賽”為設計靈感，生動詮釋科學機制：

紅隊（防御方）：ERAD作為“后衛”攔截錯誤折疊單體，自噬（ER-phagy）化身“門將”清除聚集體，如同門將守住最后防線，防止錯誤折疊蛋白聚集體對神經元造成損傷。

藍隊（攻擊方）：代表脫水應激、ER功能障礙等致病因素，推動前激素proAVP錯誤折疊。

足球：象征proAVP，當它被紅隊（ERAD、自噬等質量控制機制）控制時，意味著proAVP正常折疊分泌，如同紅隊進球，神經元功能得以維持；而當藍隊（應激、內質網功能障礙等）控制足球，即proAVP錯誤折疊聚集，就像藍隊進球，會導致神經元損傷。

這種形象的設計，生動地展現了神經內分泌肽類激素在ERQC與錯誤折疊蛋白的“攻防大戰”，這一創意設計將復雜機制轉化為直觀視覺敘事效果。

原文鏈接: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202411662