隨著人類總體壽命的延長，神經(jīng)退行性疾病對人類健康的威脅日益加劇。帕金森癥（Parkinson’s Disease，PD）作為最常見的一種神經(jīng)退行性疾病，它的致病機理一直不甚明確，相關(guān)風(fēng)險基因如何誘發(fā)帕金森癥已成為當(dāng)前科學(xué)界和醫(yī)學(xué)界的研究熱點。

近日，我校長三角綠色制藥協(xié)同創(chuàng)新中心溶酶體新藥研發(fā)團隊與美國密歇根大學(xué)徐浩新教授團隊合作，找到了溶酶體維持其酸性環(huán)境的關(guān)鍵通道蛋白并揭示了其與帕金森癥的潛在關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，作為帕金森癥風(fēng)險基因的TMEM175是定位于溶酶體的氫離子激活的氫離子通道，其突變是可能誘發(fā)帕金森癥的關(guān)鍵因素之一。

相關(guān)研究成果以“Parkinson’s Disease-Risk Protein TMEM175 Is a Proton-Activated Proton Channel in Lysosomes”為題，于6月23日發(fā)表在《Cell》期刊上，這是我校科研成果首次登上《Cell》。我校溶酶體新藥研發(fā)團隊博士后胡美欽博士為論文第一作者和共同通訊作者、李平博士為論文共同一作、馮興華博士為論文主要作者，與我校合作多年的美國密歇根大學(xué)徐浩新教授為通訊作者。

溶酶體內(nèi)氫離子過剩危害巨大

我校團隊發(fā)現(xiàn)氫離子的“泄洪閘”

溶酶體作為細胞中重要的酸性細胞器，是細胞內(nèi)的“垃圾處理站”。它特殊的酸性環(huán)境（pH 4.6）和其所包含的多種酸性水解酶可以實現(xiàn)對細胞內(nèi)大分子、受損細胞器等“垃圾”的降解和再利用，溶酶體的降解再利用功能對細胞的正常生長和功能至關(guān)重要。為了研究溶酶體內(nèi)的酸性環(huán)境的維持方式，細胞生物學(xué)家們早先已發(fā)現(xiàn)一條向內(nèi)輸送氫離子的通道——溶酶體膜上的氫離子泵V-ATPase。

“如果V-ATPase不停地工作導(dǎo)致溶酶體內(nèi)pH值過低（< 4.6），溶酶體膜上是否存在相應(yīng)的離子通道來介導(dǎo)氫離子流出溶酶體？也就是幫助溶酶體內(nèi)過剩的氫離子‘泄洪’？”從事溶酶體離子通道多年研究的徐浩新教授開始思考這一問題。徐教授在傳統(tǒng)膜片鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，發(fā)明了溶酶體膜片鉗技術(shù)。這一技術(shù)成功實現(xiàn)了對溶酶體膜上離子通道電流的直接記錄，大大推進了對溶酶體上離子通道的研究，所以直接記錄氫離子通道電流也變得可能。

我校溶酶體新藥研發(fā)團隊與徐浩新教授團隊展開深入合作，利用溶酶體膜片鉗技術(shù)，通過表達篩選的方法，發(fā)現(xiàn)了氫離子“泄洪閘”——TMEM175，這就是科學(xué)家們找了幾十年的溶酶體氫離子通道?！霸谙惹暗难芯恐?，TMEM175被認為只是溶酶體膜上的一種鉀離子通道”。胡美欽博士介紹道，該研究顯示，在溶酶體生理條件的酸性環(huán)境（pH 4.6）下，TMEM175對氫離子和鉀離子的通透性為五萬比一，通俗地講就是流過TMEM175通道的離子，約5萬個之中只有一個鉀離子，剩余全部是氫離子。更為重要的是，這個“泄洪閘”非?！爸悄堋?，只有當(dāng)溶酶體腔內(nèi)的酸性過高時（pH<4.6），它才會被打開，這讓溶酶體內(nèi)的pH值能達到一個動態(tài)平衡。經(jīng)過一系列進一步的驗證，研究團隊終于確認：TMEM175是一個溶酶體上被氫離子激活的氫離子通道（lysosomal, proton-activated, proton-permeant channel，LyPAP）。

“泄洪閘”的功能受損

可能是導(dǎo)致帕金森癥關(guān)鍵因素之一

在上述重大發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究團隊進一步尋找TMEM175與帕金森癥的潛在關(guān)聯(lián)。此前，全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）揭示，某些與溶酶體功能密切相關(guān)基因的突變與帕金森癥的風(fēng)險高度相關(guān)，其中約20%的帕金森癥有TMEM175的突變，這一前期發(fā)現(xiàn)為團隊的后續(xù)研究提供了方向和思路。

為此，研究團隊開始探索“泄洪閘”即TMEM175功能受損誘發(fā)帕金森癥的潛在機制。研究發(fā)現(xiàn)，溶酶體膜上的V-ATPase與TMEM175協(xié)同作用，通過調(diào)控氫離子的泵入和流出，實現(xiàn)了溶酶體內(nèi)氫離子濃度的動態(tài)平衡亦即穩(wěn)定的pH，從而保證其正常的生理功能（圖1）。而當(dāng)TMEM175出現(xiàn)突變，功能下降時，會造成溶酶體酸性過高，溶酶體降解功能減弱等后果，從而導(dǎo)致細胞代謝產(chǎn)物在溶酶體的累積，造成細胞的損傷，進而誘發(fā)帕金森癥等神經(jīng)退行性疾病。這一結(jié)論也在帕金森癥的神經(jīng)細胞模型和小鼠模型上得到了驗證（圖2）。

我校長三角綠色制藥協(xié)同創(chuàng)新中心溶酶體新藥研發(fā)團隊自與徐浩新教授團隊合作以來，已共同在《Nature》子刊和《Cell》子刊，以及《PNAS》《eLife》《PLoS Biology》等多個高水平期刊上發(fā)表重量級學(xué)術(shù)論文12篇，成果受到了學(xué)界、業(yè)界和社會的廣泛關(guān)注。而在此項工作中，團隊經(jīng)過長期堅持不懈、細致、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜苊阁w研究，敏銳地抓住了重要線索，終于完整地揭開了TMEM175不為人知的重要功能，揭示了其誘發(fā)帕金森癥的潛在機理，為細胞生物學(xué)教科書添上了一個扎實的新段落。

團隊科學(xué)家們告訴我們，目前不少團隊正在研發(fā)用于調(diào)控溶酶體離子通道包括TRPML1和TMEM175在內(nèi)的靶向藥物，將來可能用于預(yù)防和治療與溶酶體代謝降解相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，如帕金森癥、阿爾茨海默病等。

V-ATPase和TMEM175協(xié)作維持溶酶體正常pH值

TMEM175缺失小鼠更易被纖維樣的α-突觸核蛋白誘導(dǎo)產(chǎn)生PD的一種標(biāo)志物——路易小體