Nature | 内体脂质转运新机制：APOE与TTYH2协作促进内体脂质转移与卸载

撰文 | 阿童木

膜脂和甘油三酯具有显著的疏水性，需依赖可溶性的脂蛋白复合物在细胞外液中运输。其中，载脂蛋白E（APOE）是专门承担脂质运输任务的关键蛋白，在多种组织中均有表达，尤其在肝脏中含量最高【1】。作为大脑内主要的载脂蛋白，APOE负责在星形胶质细胞与神经元之间传递磷脂和胆固醇，对维持神经元功能至关重要【2】。作为一种由299个氨基酸组成的模块化蛋白，APOE的N端折叠为反平行的四螺旋束，包含两个关键位点（半胱氨酸或精氨酸），决定其亚型特性。尽管这两处氨基酸差异与神经退行性疾病风险相关，但具体机制尚不清楚。

APOE的C端结构域具有较强柔性，负责脂质结合，并在无脂状态下介导蛋白寡聚化。APOE结合脂质后，四聚体解聚并发生构象重排，使 C端螺旋能环绕脂质双层边缘形成可溶性的盘状脂蛋白 。当甘油三酯和胆固醇酯含量升高时，脂蛋白复合物进一步扩展为球形结构，并由APOE包覆其表面。这些复合物通过与细胞膜上的受体（如低密度脂蛋白受体）结合被细胞摄入，且依赖于APOE N端的特定位点与受体的识别【3】。尽管脂蛋白在细胞表面的识别机制已较清楚，其内吞后的胞内转运与处理过程仍有待深入研究。

此前有研究提出 Tweety同源蛋白（TTYHs） 可能影响了脂质载体相关功能【4】。TTYHs是一类真核膜蛋白，结构已知但功能尚未明确。人类的三种TTYH家族成员（TTYH1、TTYH2和TTYH3）最初被误认为是阴离子通道，后续研究证实其并不具有通道功能。TTYHs以同源二聚体形式存在，每个亚基包含五个跨膜螺旋和一个扩展的胞外结构域。其结构上的显著特征为自膜内延伸至胞外的宽大疏水腔，常被观察到填充有类脂颗粒（ lipid-like densities ），因此被推测可能参与细胞膜与可溶性脂质载体之间的脂质转运。然而，迄今尚无直接的互作证据支持这一假设。

近日，苏黎世大学 Raimund Dutzler 实验室等在

Nature

Interactions between TTYH2 and APOE facilitate endosomal lipid transfer

作者首先从合成纳米抗体库（sybodies）中筛选出两种 特异结合人TTYH2的纳米抗体Sb1和Sb2 ，二者能特异性靶向 TTYH2 二聚体胞外结构域间隙区域，与 TTYH2 无配体状态结构一致，每二聚体仅结合一个纳米抗体。cryo-EM分析显示，这些纳米抗体在细胞膜环境中仍能结合TTYH2，其二聚体结构与在去污剂环境中一致，且C端结构在膜环境中折叠或由相互作用伙伴诱导形成。证明了去污剂中形成的TTYH2二聚体结构在细胞中具有代表性。

随后，作者利用Sb1从HEK293细胞中富集天然TTYH2复合物，通过质谱鉴定确认 APOE为 TTYH2 主要结合蛋白 ，并证实两者在HEK293和N2A细胞的内体组分中共定位。成像分析进一步揭示了TTYH2在细胞内呈点状分布，与内吞的APOE及RAB9标记的内体重合，支持 APOE与TTYH2在内体腔内形成复合物 。

为揭示其结合机制，研究团队分析了 TTYH2 与不同脂化状态 APOE 的相互作用。结果表明，无脂或盘状脂蛋白形式的 APOE 均可与 Sb2 竞争 TTYH2 结合，提示其结合位点与纳米抗体表位重叠，而 APOE N 端则缺乏竞争能力，说明关键表位位于 C 端 。单分子力谱分析进一步验证了 APOE-TTYH2 结合的特异性，并估算解离速率常数约为 1 s⁻¹ 。因此， APOE与TTYH2的结合表位可能位于膜蛋白的细胞外C端结构域。

通过冷冻电镜分析，作者解析了多种脂化状态下 APOE与TTYH2 复合物的结构。标记纳米金后的APOE定位于TTYH2二聚体胞外结构域的中心间隙，与后续构建的去脂化APOE复合物数据一致，进一步确认 APOE与TTYH2相互作用由C端结构域介导 。该结合位点对TTYH2特异，不存在于TTYH3及相应突变体中。在HEK293共表达系统中获得的复合物亦支持这一结合模型。此外，整合多个未结合APOE的颗粒图像，作者获得了TTYH2的2.7Å高分辨率结构，揭示 脂质可通过TTYH2内疏水腔从膜外侧自由扩散，通道中脂质由垂直逐渐转为水平排列，过程中TTYH2 N端螺旋起到辅助作用 。

进一步研究发现，重构的盘状脂蛋白颗粒（直径130–150Å）可与TTYH2形成复合物，其结合区域靠近TTYH2的疏水腔，位置与去脂化APOE相似。在细胞来源的囊泡中也观察到类似结构，提示该相互作用在天然膜环境中同样成立，并支持 TTYH2在膜嵌入状态下通过疏水腔促进脂蛋白与膜间的脂质转移 。

在明确了TTYH2与不同脂化状态APOE的相互作用后，作者探讨了这种互作是否促进脂蛋白与细胞膜之间的脂质交换。在体外脂质转运实验中，作者采用DPPC为主的脂质体系统，以减少APOE的非特异吸附。实验表明，TTYH2重构脂质体中脂质转运速率较对照组提高14倍，明显高于单纯APOE结合效应。TTYH3在相同条件下几乎无效，进一步强调了TTYH2在脂质转运中的特异性功能。此外，作者未观察到TTYH2具备脂翻转酶活性的证据。在 HEK293 细胞中，内吞的带荧光标记的PE与TTYH2部分共定位，支持 TTYH2 在生理条件下参与内体脂质交换 。

综上所述，本研究 鉴定了TTYH2为APOE在内体中相互作用的膜蛋白，揭示了其结构基础及脂质转移功能。通过对不同脂化状态APOE复合物的结构与功能解析，本研究确立了TTYH2在脂蛋白进入内体后介导脂质转运的分子机制，阐明了一类促进脂质提取和插入膜的新型膜蛋白家族的功能 。本研究对于理解大脑中APOE介导的星形胶质细胞向神经元的脂质运输过程具有重要意义，并提示与神经退行性疾病的发生具有潜在关联性。

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09200-x

制版人： 十一

参考文献

1. Mahley, R. W. Apolipoprotein E: cholesterol transport protein with expanding role in cell biology.Science240, 622–630 (1988).

2. Windham, I. A. & Cohen, S. The cell biology of APOE in the brain.Trends Cell Biol.34, 338–348 (2024).

3. Mahley, R. W., Weisgraber, K. H. & Huang, Y. Apolipoprotein E: structure determines function, from atherosclerosis to Alzheimer’s disease to AIDS.J. Lipid Res.50, S183–S188 (2009).

4. Sukalskaia, A., Straub, M. S., Deneka, D., Sawicka, M. & Dutzler, R. Cryo-EM structures of the TTYH family reveal a novel architecture for lipid interactions.Nat. Commun.12, 4893 (2021).

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

近期直播推荐

点击主页推荐活动

关注更多最新活动！