科学家发现细胞如何修复促进长寿的“循环系统”

研究主要作者谭晓军（音译）博士说：“溶酶体损伤是衰老和许多疾病的标志，特别是神经退行性疾病，如阿尔茨海默病，”他是匹兹堡大学医学院细胞生物学的助理教授，也是衰老研究所的成员，该研究所是匹兹堡大学和匹兹堡大学医学中心（UPMC）的合作伙伴。“我们的研究确定了一系列的步骤，我们认为这是溶酶体修复的普遍机制，我们将其命名为PITT途径，以向匹兹堡大学致敬。”

作为细胞的回收系统，溶酶体含有强大的消化酶，可降解分子废物。这些内容物被隔离开来，以免破坏细胞的其他部分，这层膜的作用就像围绕着危险废物设施的链环栅栏。即使这个围栏可能发生断裂，健康的细胞也会迅速修复损害。为了进一步了解这一修复过程，谭晓军与资深作者Toren Finkel（医学博士）合作。

首先，谭晓军通过实验破坏了实验室生长的细胞中的溶酶体，并测量了到达现场的蛋白质。他发现，一种名为PI4K2A的酶在几分钟内积聚在受损的溶酶体上，并产生高水平的信号分子PtdIns4P。

“PtdIns4P就像一面红旗。它告诉细胞，‘嘿，我们这里有一个问题，’”谭晓军说。“这个警报系统然后‘招募’了另一组叫做ORP的蛋白质。”

谭晓军解释说，ORP蛋白的功能就像系绳。该蛋白的一端与溶酶体上的PtdIns4P“红旗”结合，另一端与内质网结合，内质网是参与蛋白质和脂质合成的细胞结构。

“内质网像一条毯子一样包裹着溶酶体，”Finkel补充说。“通常情况下，内质网和溶酶体几乎不互相接触，但是一旦溶酶体被破坏，我们发现它们在‘拥抱’。”

通过这种“拥抱”，胆固醇和一种叫做磷脂酰丝氨酸的脂质被穿梭到溶酶体中，在那里它们帮助修补“膜栅栏”上的孔。

磷脂酰丝氨酸还激活了一种叫做ATG2的蛋白质。它就像一座桥梁，将其他脂质转移到溶酶体，这是新描述的PITT--或磷脂酰肌醇启动的膜拴住和脂质运输--途径中最后的膜修复步骤。

Finkel说：“这个系统的美妙之处在于，PITT途径的所有组成部分都是已知存在的，但它们不知道以这种顺序或为溶酶体修复的功能进行互动。我相信这些发现将对正常衰老和与年龄有关的疾病产生许多影响。”

科学家们怀疑，在健康人中，溶酶体膜的小破损会通过PITT途径迅速修复。然而，如果损伤过于广泛或修复途径受到损害--由于年龄或疾病--泄漏的溶酶体就会累积。在阿尔茨海默病中，tau纤维从受损的溶酶体中漏出是疾病进展的关键步骤。

当谭晓军删除了编码该途径中的第一个酶PI4K2A的基因时，他发现tau纤维的扩散急剧增加。这表明，PITT途径的缺陷可能有助于阿尔茨海默病的进展。在未来的工作中，科学家们计划开发小鼠模型，以了解PITT途径是否能保护小鼠不患阿尔茨海默病。