多囊蛋白在秀丽隐杆线虫中招募货物至不同纤毛细胞外囊泡亚型，为多囊肾病研究带来新曙光

　　为解决细胞外囊泡（EVs）货物装载机制不明以及个体 EV 亚型货物组成难以确定的问题，研究人员以秀丽隐杆线虫为模型开展多囊蛋白相关研究。结果发现多囊蛋白能招募特定货物至纤毛 EVs，且该过程依赖多囊蛋白 - 1（LOV-1）。这为推进 EV 相关诊断、治疗及生物医学研究提供了重要依据。

　　在生物的世界里，细胞之间的交流至关重要，而细胞外囊泡（Extracellular Vesicles，EVs）就像是细胞间传递信息的 “小邮差”，在细胞 - 细胞通讯中发挥着不可或缺的作用。然而，这些 “小邮差” 十分神秘，它们个头小、生成过程短暂，来源多样且具有异质性。多种 EVs 共存于生物体液中，由于物理性质相似，常常难以分离，这使得研究人员很难深入了解单个 EV 亚型的具体情况，极大地阻碍了基于 EV 的诊断、治疗以及生物医学研究的发展。

在众多 EVs 中，由细胞的特殊信号区域 —— 纤毛产生的 EVs 格外引人关注。纤毛体积微小，仅约为细胞体积的万分之一，这使得纤毛 EVs 在批量 EV 制备过程中很容易被忽视，但它们却可能携带重要的信号成分。与此同时，多囊蛋白（Polycystins）作为一类在纤毛中保守存在的蛋白质，不仅是 EVs 的货物，其功能异常还会引发多种健康问题。在人类中，多囊蛋白 - 1（PC1）和多囊蛋白 - 2（PC2）的突变会导致常染色体显性多囊肾病（Autosomal Dominant Polycystic Kidney Disease，ADPKD），这是肾衰竭最常见的遗传病因。在秀丽隐杆线虫中，多囊蛋白异常则会使雄性线虫出现交配缺陷。尽管如此，多囊蛋白的许多生物学特性仍未完全明晰，比如多囊蛋白携带的尿 EVs 的精确组成和功能，以及多囊蛋白是否为脑脊液 EVs 的货物等问题都有待确定。

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为了揭开这些谜团，来自美国罗格斯大学（Rutgers, The State University of New Jersey）的研究人员开展了一项深入的研究。他们以秀丽隐杆线虫为研究对象，利用一种模块化的邻近标记方法 ——EV - TurboID 技术，来识别与秀丽隐杆线虫瞬时受体电位通道多囊蛋白 - 2（PKD - 2）相关的纤毛 EVs 的货物。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解多囊蛋白的功能和 EVs 的生物学特性带来了新的曙光。

研究人员在这项研究中主要运用了以下几种关键技术方法：

• CRISPR/Cas9 介导的基因组编辑技术：用于生成内源性报告基因，以验证质谱分析的结果，确保研究结果的准确性和可靠性。
• 超分辨率荧光成像技术：借助该技术对荧光蛋白进行成像和分析，从而研究蛋白质在细胞内的定位和分布情况，直观地观察到多囊蛋白及其相关货物在纤毛和 EVs 中的位置。
• 质谱分析技术：通过对生物样品中的蛋白质进行分析，鉴定与多囊蛋白相关的 EVs 货物，为后续研究提供了重要的数据支持。

研究结果如下：

• 鉴定多囊蛋白在 EVs 内的邻近相互作用蛋白：研究人员选用 TurboID 生物素连接酶，通过间接邻近标记法，将其靶向到带有绿色荧光蛋白（GFP）标记的 PKD - 2 上。经过质谱分析，他们在与 PKD - 2 共分离的 EVs 中，鉴定出了包括 LOV - 1、CIL - 7 在内的已知货物，还发现了一些新的候选货物，如人类肿瘤坏死因子受体相关因子（TRAFs）的同源物 TRF - 1 和 TRF - 2、跨膜凝集素（PAML - 1、PAML - 2、CWP - 5）以及类似离子通道的新型跨膜蛋白 PACL - 1 等。
• 多囊蛋白 EVs 携带人类 TRAFs 的同源物：研究发现，内源性标记的 trf - 1::mScarlet 和 trf - 2::GFP 仅在表达多囊蛋白的感觉神经元中高水平表达，且 TRF - 1 和 TRF - 2 与 PKD - 2 在纤毛、纤毛尖端和 EVs 中共定位。这表明 TRAFs 可能作为多囊蛋白复合物的衔接蛋白，而多囊蛋白 EVs 则是 TRAFs 作用于靶组织的载体。
• 多囊蛋白将 TRAFs 装载到纤毛 EVs 上：通过分析 lov - 1 突变体背景下 TRAFs 的亚细胞定位，研究人员发现 LOV - 1 是将 TRF - 1 和 TRF - 2 装载到纤毛 EVs 上所必需的，但对它们定位到纤毛轴并不重要。此外，TRF - 1 和 TRF - 2 相互依赖，才能被装载到纤毛 EVs 上。
• 多囊蛋白复合物与类似通道的蛋白 PACL - 1 结合并招募其至纤毛和 EVs：研究人员发现 PACL - 1 仅在表达多囊蛋白的神经元中表达，且与 PKD - 2 在纤毛轴、纤毛尖端和多囊蛋白 EVs 中共定位。在 lov - 1 突变体中，PACL - 1 无法定位到纤毛和 EVs，这表明 LOV - 1 负责招募 PACL - 1 至纤毛和 EVs。
• 多囊蛋白复合物与不同的跨膜 C 型凝集素结合，区分背侧和腹侧的纤毛和 EVs 群体：研究人员鉴定出两种新型跨膜货物候选蛋白 PAML - 1 和 PAML - 2，它们在表达多囊蛋白的神经元中的定位具有特异性。PAML - 1 仅在腹侧的部分神经元中表达，而 PAML - 2 虽然在所有表达多囊蛋白的神经元中都有表达，但仅在背侧的纤毛和 EVs 中定位。此外，LOV - 1 是 PAMLs 定位到纤毛和 EVs 所必需的。
• 多囊蛋白复合物对纤毛 EVs 的释放并非必需：以 CWP - 5 为追踪货物，研究发现其在纤毛和 EVs 中的定位与多囊蛋白复合物无关，表明 CWP - 5 是独立于多囊蛋白复合物被转运到纤毛并装载到多囊蛋白携带的 EVs 上的。
• 多囊蛋白复合物及其邻近相互作用蛋白在同一遗传途径中起作用：通过评估雄性线虫的交配行为，研究人员发现 pacl - 1 突变体雄性线虫对配偶的反应严重缺陷，与 pkd - 2 突变体相似；paml - 1 和 paml - 2 双突变体雄性线虫在交配行为中的响应和外阴定位效率也显著降低。这表明 lov - 1、pkd - 2、trf - 1、trf - 2、pacl - 1、paml - 1、paml - 2 基因都参与了雄性线虫的交配行为调控，且 paml - 1 和 paml - 2 在其中发挥冗余作用。

研究结论和讨论部分表明，这项研究意义重大。一方面，研究人员建立了一种新的应用于 EV 亚型分析的邻近标记方法，成功鉴定和验证了秀丽隐杆线虫多囊蛋白 EVs 的真实货物，为进一步探索 EV 生物学提供了蓝图。另一方面，研究发现多囊蛋白与三类蛋白质（类似通道的蛋白、跨膜 C 型凝集素和 TRAFs 蛋白）之间存在联系，这不仅有助于我们深入理解多囊蛋白在 EVs 中的功能，还为非侵入性早期诊断 ADPKD 提供了潜在的应用方向。此外，由于人类和秀丽隐杆线虫在 TRAF 家族和多囊蛋白方面具有高度保守性，该研究结果可能对理解人类健康和疾病中的相关机制具有重要的参考价值。但研究也存在一定的局限性，如荧光报告基因的共定位分析无法确定蛋白质之间的直接结合，且研究结果可能不能直接应用于人类健康研究。不过，这些局限性并不影响该研究在生命科学和健康医学领域的重要贡献，为后续研究指明了方向。

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