Autophagy丨赵燕团队揭示ATG2A调控神经细胞中自噬体成熟的机制

巨自噬（以下简称自噬）是细胞内一种高度保守的降解途径，通过形成双层膜自噬小体包裹待降解物质，并运输到溶酶体完成降解和回收再利用【1, 2】。自噬不但是细胞清除异物的重要质控机制，也是细胞应对饥饿等危机的关键应急策略。自噬异常会导致各种疾病的发生发展，特别是神经系统疾病。作为终末分化的细胞，神经细胞无法通过分裂实现自我更新，因此更加需要自噬清除受损细胞器和蛋白质聚集体来维持其正常功能。同时，神经细胞具有高度极化的结构，其自噬过程也具有特殊性：自噬小体通常在轴突末端的突触形成，并通过反向运输至胞体，与溶酶体融合完成降解过程【3, 4】。因此神经自噬需要特殊的因子和步骤，但是其中的分子机制尚不清楚。

2025年3月11日，南方科技大学生命科学学院赵燕课题组在Autophagy上发表了题为ATG2A acts as a tether to regulate autophagosome-lysosome fusion in neural cells的研究论文，揭示了ATG2A在神经细胞中通过结合SNARE膜融合复合物等分子，调控自噬小体和溶酶体的融合过程。

酵母和哺乳动物研究均证实ATG2介导自噬早期步骤，其具有脂转移活性，通过将磷脂从内质网转移至隔离膜，促进隔离膜延伸形成自噬小体【5-7】。ATG2与自噬蛋白WDR45及WDR45B形成稳定复合物【8，9】。我们前期研究发现WDR45和WDR45B特异性在小鼠神经系统自噬发挥关键作用，介导自噬小体与溶酶体融合【10】。这一发现促使我们探索ATG2在神经细胞自噬晚期是否也有功能。ATG2A和ATG2B是酵母Atg2在哺乳动物细胞中的同源蛋白，功能具有冗余性。非神经细胞中单独敲低ATG2A或ATG2B基因均不会显著影响自噬，但两基因同时缺失会阻断早期自噬通路【11】。我们在小鼠神经母细胞瘤细胞系Neuro-2a (N2a) 中单独或同时敲低Atg2a/2b，发现ATG2A的单独缺失即引起自噬底物SQSTM1/p62和脂化型LC3-II明显累积，而ATG2B缺失无影响（如图1所示）。该现象在原代培养神经元中也得到验证，提示ATG2A在神经细胞自噬中具有特殊的功能。

图1. SQSTM1和LC3的免疫印迹显示，与对照相比，siAtg2a和Atg2a/2b DKD N2a细胞中SQSTM1和LC3-II的水平显著升高，但在siAtg2b细胞中没有。

电镜结果显示不同于Atg2a/2b双敲细胞中累积无法闭合的杯状隔离膜结构，ATG2A的缺乏并不影响自噬小体的形成（图2）。Halo-LC3等多种实验方法也证实Atg2a敲低的细胞中存在大量闭合的自噬小体。我们进一步探索ATG2A在自噬小体与溶酶体融合中的功能，通过RFP-GFP-LC3和自噬小体标记LC3与晚期内吞体/溶酶体标记Rab7共定位等方法，我们发现ATG2A缺失会导致自噬小体无法与晚期内吞体/溶酶体融合。继续进行机制探索，结果显示ATG2A作为栓系蛋白结合自噬小体上的WDR45和晚期内吞体/溶酶体上的WDR45B，同时结合膜融合蛋白SNARE和另一栓系蛋白EPG5，并促进融合复合体的形成和自噬小体与溶酶体的融合过程。此外，ATG2A与WDR45/45B的互作有助于促进彼此的蛋白稳定性。

图2. 饥饿后siAtg2a和Atg2a/2b DKD N2a细胞的电镜照片, siAtg2a细胞中自噬体闭合。

综上所述，该工作揭示了ATG2A在神经细胞自噬体成熟中的关键作用，ATG2A，而非ATG2B，作为栓系蛋白介导了自噬小体与晚期内吞体/溶酶体的融合（图3）。这项研究不但有助于理解神经细胞自噬小体成熟的分子机制，而且对于预防或治疗相关自噬缺陷引起的神经退行性疾病具有重要意义。

图3. ATG2A调控神经细胞中自噬体成熟机制示意图。

南方科技大学生命科学学院赵燕副教授为本论文通讯作者。南方科技大学博士研究生郑泽为第一作者。中科院生物物理所赵红玉博士，姬翠翠博士，为该项研究的合作作者。

https://doi.org/10.1080/15548627.2025.2479427

制版人： 十一

参考文献

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11. Velikkakath AKG, Nishimura T, Oita E, Ishihara N, Mizushima N. Mammalian Atg2 proteins are essential for autophagosome formation and important for regulation of size and distribution of lipid droplets.Mol Biol Cell.2012;23(5):896-909.

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