Immunity | 溶酶体功能障碍经MITF/TFE转录因子驱动髓系细胞适应不良状态

撰文 | 格格

在衰老和神经退行性疾病中，作为中枢神经系统主要吞噬细胞的小胶质细胞，其功能状态转换（如向MGnD/DAM状态的转变）受TREM2等表面受体及下游信号调控【1，2】。近年来发现，许多神经退行性疾病致病基因（如GRN）编码的蛋白均参与溶酶体功能调控【3】，且小胶质细胞在多种溶酶体贮积症中呈现先于神经损伤出现的反应性表型【4】。然而，一个悬而未决的核心问题是：这种反应性小胶质细胞状态究竟是继发于脑实质损伤的间接效应，还是溶酶体功能障碍本身以细胞自主方式直接触发；若为后者，溶酶体应激如何通过何种代谢信号、转录因子或表观遗传机制“传递”至细胞核以重编程髓系细胞状态，并导致持续不退的慢性炎症，以及GPNMB等溶酶体应激诱导的代偿因子在病理进程中究竟起保护还是加剧作用——这些问题的阐明对于理解溶酶体健康与髓系细胞功能之间的因果联系及神经退行性疾病的发病机制具有重要意义。

近日，来自美国Denali Therapeutics公司的Gilbert Di Paolo和Leon Tejwani研究团队在Immunity杂志发表题为Progranulin deficiency-induced lysosomaldysfunction drives maladaptive myeloid cell statesthrough the MITF/TFE transcription factors的研究论文，该研究旨在探究溶酶体功能障碍如何驱动髓系细胞状态转换及其在神经退行性疾病中的机制，并发现颗粒蛋白前体（PGRN）缺乏通过诱发溶酶体去酸化等应激，激活MITF/TFE转录因子家族，进而表观遗传重塑小胶质细胞转录程序，驱动其进入GPNMB+的适应不良状态，而GPNMB的诱导作为代偿性反应虽可促进溶酶体酸化，但其缺失则会加剧神经毒性。

首先，研究人员为了探究颗粒蛋白前体（PGRN）缺乏如何影响小胶质细胞的转录异质性，对老年（24月龄）Grn−/−小鼠脑内纯化的髓系细胞进行了单细胞RNA测序。分析鉴定出10个小胶质细胞亚群，其中MG8亚群几乎完全存在于Grn−/−小鼠脑中，约占其所有小胶质细胞的10%，以高表达Gpnmb和Ms4a7为特征。进一步对GPNMB高表达的小胶质细胞进行多组学分析（转录组、蛋白质组、脂质组和代谢组）发现，这些细胞大量累积脂褐素，并伴有溶酶体蛋白表达异常、鞘脂代谢紊乱及生物能量代谢受损，表明MG8代表了一群脂褐素负荷严重、溶酶体功能严重失调的Grn−/−特异性小胶质细胞亚群。

接着，研究人员通过H3K27ac ChIP-seq对Grn−/−小胶质细胞进行表观遗传学分析，发现活性增强子区域显著富集MITF/TFE转录因子家族的结合基序，且MG8特异性高表达多个受MITF/TFE调控的CLEAR网络基因。为明确该现象是否源于细胞自主性缺陷，研究人员在体外培养Grn−/−原代小胶质细胞和骨髓来源巨噬细胞（BMDMs），发现它们同样高表达大量MG8标志基因，并表现出溶酶体蛋白水解下降、pH去酸化、GCase活性降低及自噬异常等功能缺陷。通过CRISPR在Grn−/−BMDMs中同时敲除Mitf、Tfe3和Tfeb，发现超过一半的Grn−/−特异性差异表达基因被逆转，证实MITF/TFE转录因子是驱动该转录程序的关键执行者。

研究人员进一步利用多种溶酶体药物（BafA1致去酸化、E/L/P抑制蛋白酶、U18666A阻断胆固醇外排、MSU诱导溶酶体膜通透、VPS34IN1阻断内体成熟）处理BMDMs，发现这些不同来源的溶酶体扰动均汇聚于一个共同的转录和功能特征：细胞增殖增加、吞噬和趋化能力下降、促炎细胞因子分泌增多，且其共同诱导的基因集在MG8中显著富集。通过CRISPR逐一敲除溶酶体相关基因（Atp6v1a、Npc1、Pik3c3、Ctsd）并与Grn−/−对比，发现Atp6v1a（v-ATP酶亚基）和Pik3c3（VPS34）缺失在转录组和功能层面最接近Grn−/−表型，且二者均导致溶酶体去酸化。使用NHE抑制剂rimeporide可恢复Grn−/−原代小胶质细胞的溶酶体pH并逆转半数以上的转录变化，而敲除自噬关键基因（Atg7、Atg14、Uvrag）不能模拟Grn−/−表型，从而证明溶酶体去酸化（而非经典自噬障碍）是驱动Grn−/−髓系细胞表型改变的核心因素。

最后，研究人员探究了GPNMB在溶酶体应激中的功能。发现溶酶体药物处理或遗传扰动均上调Gpnmb表达，且BafA1处理可促使其向LAMP2+溶酶体转位。在WT BMDMs中敲除Gpnmb即可引起与Grn−/−同等程度的溶酶体去酸化，而在Grn−/−背景上再敲除Gpnmb则进一步加剧去酸化，表明GPNMB是溶酶体损伤后促进酸化的代偿性应答所必需。更重要的是，收集Grn−/−/Gpnmb−/− BMDMs的条件培养基处理原代神经元，其神经毒性显著高于仅敲除Gpnmb的对照组，表明Grn缺失所诱导的GPNMB上调具有神经保护功能，其缺失会加剧神经毒性。

图一 溶酶体功能障碍经MITF/TFE转录因子驱动髓系细胞适应不良状态

总之，该研究揭示了PGRN缺乏通过诱发溶酶体功能障碍，激活MITF/TFE转录因子家族，进而表观遗传重塑髓系细胞转录程序，驱动其进入GPNMB+的适应不良状态，而GPNMB的诱导作为代偿性反应可促进溶酶体酸化并发挥神经保护功能，从而阐明了溶酶体健康状态与髓系细胞功能之间的因果联系，并为神经退行性疾病的治疗提供了新的干预靶点和理论依据。

https://www.cell.com/immunity/abstract/S1074-7613(26)00308-0

制版人： 十一

参考文献

1. Krasemann, S., Madore, C., Cialic, R., Baufeld, C., Calcagno, N., El Fatimy, R., Beckers, L., O’Loughlin, E., Xu, Y., Fanek, Z., et al. (2017). The TREM2-APOE Pathway Drives the Transcriptional Phenotype of Dysfunctional Microglia in Neurodegenerative Diseases.Immunity47, 566–581.e9.

2. Keren-Shaul, H., Spinrad, A., Weiner, A., Matcovitch-Natan, O., DvirSzternfeld, R., Ulland, T.K., David, E., Baruch, K., Lara-Astaiso, D., Toth, B., et al. (2017). A Unique Microglia Type Associated with Restricting Development of Alzheimer’s Disease.Cell169, 1276–1290.e17.

3. Root, J., Merino, P., Nuckols, A., Johnson, M., and Kukar, T. (2021). Lysosome dysfunction as a cause of neurodegenerative diseases: Lessons from frontotemporal dementia and amyotrophic lateral sclerosis.Neurobiol. Dis.154, 105360.

4. Bosch, M.E., and Kielian, T. (2015). Neuroinflammatory paradigms in lysosomal storage diseases.Front. Neurosci.9, 417.

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

推荐直播

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

点击主页推荐活动

关注更多最新活动！