浙江大学最新Science：徐浩新/胡美钦团队发现溶酶体Ca²⁺摄取转运蛋白——TMEM184

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

在每一个细胞内，溶酶体充当废物处理中心，溶酶体作为钙离子（Ca²⁺）储库，向细胞质中的Ca²⁺ 释放，有助于它们分解废物并在受损后自我修复。目前，溶酶体的 Ca²⁺外排机制已得到充分研究，但它们如何摄取Ca²⁺ 以维持内部的高浓度，目前仍不清楚。

2 026年11月13日，浙江大学徐浩新教授、胡美钦研究员、王亚兰副研究员作为共同通讯作者（蔡伟杰、王亚兰为论文共同第一作者）在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：TMEM184 proteins are Ca²⁺ uptake transporters in lysosomes 的研究论文。

该研究鉴定出TMEM184家族蛋白（TMEM184B、TMEM184C）是正是长期寻找的溶酶体钙转运蛋白，研究团队将其命名为——LyCaT（Lysosomal Ca²⁺ Transporter）。TMEM184B/C 对 Ca²⁺ 摄取和再充盈不可或缺，缺失会使溶酶体 Ca²⁺ 储库耗竭，从而导致 Ca²⁺ 释放减少，并扰乱溶酶体胞吐、生物发生和膜修复。因此，TMEM184 构成了长期寻找的、调控溶酶体信号转导与稳态的 Ca²⁺ 摄取和再充盈机制。

这些发现还解释为什么 TMEM184B 突变会导致人类神经发育障碍，以及为什么缺乏这种蛋白的小鼠会出现严重运动缺陷，从而也为治疗溶酶体相关疾病提供了潜在途径。

溶酶体在其边界膜两侧维持的巨大 Ca²⁺ 梯度（内侧 Ca²⁺ 浓度是外侧的约 5000 倍）支持了多种细胞功能，包括溶酶体胞吐、生物发生、膜修复和自噬。尽管溶酶体通过驻留通道释放 Ca²⁺ 的机制已得到充分阐明，但 Ca²⁺ 摄取和钙库再充盈背后的分子机制仍不清楚。既往研究表明，内质网是溶酶体的主要 Ca²⁺ 来源，可能通过内质网-溶酶体膜接触位点实现。早期对分离溶酶体的研究揭示了一种低亲和力 Ca²⁺ 摄取机制，但其分子本质仍然未知。

为鉴定溶酶体 Ca²⁺ 摄取和钙库再充盈背后的分子机制，研究团队开发了一种基于 Ca²⁺ 成像的遗传筛选方法，针对 64 个预测具有通道样或转运蛋白样特征的溶酶体膜孤儿蛋白。这种无偏倚的方法使研究团队能够系统发现此前未被识别的溶酶体 Ca²⁺ 稳态调控因子。

研究团队筛选并鉴定出TMEM184 家族蛋白是溶酶体 Ca²⁺ 摄取和储库再充盈的关键调控因子。TMEM184B 缺失显著损害了溶酶体 Ca²⁺ 释放，TMEM184B 的重新表达则完全恢复了 Ca²⁺ 释放，证实其在维持溶酶体 Ca²⁺ 储存中的关键作用。TMEM184B 定位于溶酶体边界膜，并在不同细胞类型中与 TMEM184C 功能冗余。

利用三种独立的腔内 Ca²⁺ 探针，研究团队证明，TMEM184B/C 缺失可使溶酶体 Ca²⁺ 储库耗竭超过 90%（从约 200-300 μM 降至约 20-30 μM）。通过基于分离溶酶体的 Ca²⁺ 摄取实验、固相支撑膜电生理学以及使用纯化 TMEM184B/C 的蛋白-脂质体重构，研究团队证明，TMEM184B 和 TMEM184C 直接将 Ca²⁺ 从胞质转运至溶酶体腔内。TMEM184 蛋白选择性转运 Ca²⁺，同时排除单价阳离子（Na⁺ 和 K⁺）及阴离子。该摄取过程不依赖质子梯度和 Mg-ATP，且在腔内 Ca²⁺ 耗竭时增强，揭示了一种促进 Ca²⁺ 释放后钙库再充盈的负反馈机制。因此，TMEM184B/C 构成低亲和力的溶酶体 Ca²⁺ 转运体，负责再充盈溶酶体 Ca²⁺ 储库。

研究团队进一步证实，TMEM184B/C 缺失会损害 Ca²⁺ 依赖的溶酶体过程，包括转录因子 EB（TFEB）介导的生物发生、溶酶体胞吐和膜修复。Tmem184b 缺陷小鼠表现出运动能力受损；而人类神经发育障碍相关的 TMEM184B K184E 变体，严重损害了 Ca²⁺ 转运活性。

TMEM184B/C 介导溶酶体 Ca²⁺ 摄取和储库再充盈

总的来说，该研究确立了 TMEM184B/C 是数十年前首次描述的、低亲和力溶酶体 Ca²⁺ 摄取通路的分子身份。这些低亲和力、Ca²⁺ 选择性转运蛋白在内质网-溶酶体膜接触位点发挥作用；在这些位点，Ca²⁺ 激活的内质网 Ca²⁺ 释放会形成局部高 Ca²⁺ 微区，从而驱动 Ca²⁺ 进入耗竭的储库，而腔内 Ca²⁺ 的负反馈则确保该过程仅在储库耗竭时才会被激活。这一机制解释了溶酶体如何在无需 ATP 水解或 H⁺ 梯度的情况下积累并补充 Ca²⁺。通过鉴定出长期寻找的溶酶体 Ca²⁺ 摄取机制，该研究完善了溶酶体 Ca²⁺ 稳态的框架，并为理解与溶酶体 Ca²⁺ 信号转导紊乱相关的疾病提供了分子基础。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeh3996