時(shí)間：2018-10-26 熱度：

鎘（Cd）是自然界中普遍存在的一類威脅人類健康的金屬元素[1]。中國(guó)香煙中的重金屬鎘含量一直都很高，吸煙人群的血鎘濃度高于不吸煙者。近些年的流行病學(xué)研究證實(shí)，即使低含量的鎘暴露會(huì)增加骨折和骨質(zhì)疏松的風(fēng)險(xiǎn)，而超標(biāo)的鎘接觸則嚴(yán)重影響人體的健康。

鎘增加的骨質(zhì)疏松和骨折風(fēng)險(xiǎn)是如何發(fā)生的呢？大量研究表明自噬在鎘誘導(dǎo)的骨毒性中起關(guān)鍵作用[2]。

自噬是一個(gè)自身細(xì)胞質(zhì)蛋白或細(xì)胞器被包進(jìn)囊泡，并與溶酶體融合降解其包裹內(nèi)容物的過程，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞本身的代謝需要和某些細(xì)胞器的更新，同時(shí)自噬活性過強(qiáng)也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的死亡。主要有四個(gè)階段：自噬體產(chǎn)生階段—形成階段—成熟階段—分解階段。

自噬發(fā)生過程

過去的研究對(duì)于鎘誘導(dǎo)的自噬導(dǎo)致的骨毒性的具體機(jī)制尚不清楚，浙江大學(xué)的周舟教授和陸軍軍醫(yī)大學(xué)的余爭(zhēng)平教授團(tuán)隊(duì)合作的研究成果10月20號(hào)在線刊登了在《Autophagy》上。

皮會(huì)豐博士等人的研究表明鎘誘導(dǎo)TFE3（轉(zhuǎn)錄因子E3）介導(dǎo)的骨間充質(zhì)干細(xì)胞（MSCs）發(fā)生自噬，發(fā)現(xiàn)了PPP3/calcineurin-AKT-TFE3介導(dǎo)的自噬溶酶體作用機(jī)制，為今后針對(duì)Cd誘導(dǎo)骨毒性的藥物治療開辟了新的前景。

結(jié)論

1.Cd誘導(dǎo)培養(yǎng)的MSCs自吞噬死亡

Cd誘導(dǎo)的自噬可以通過吖啶橙染色或者透射電子顯微鏡檢測(cè)，同時(shí)研究人員檢測(cè)了自噬接頭蛋白SQSTM1/p62 (sequestosome 1)及LC3的水平變化顯示Cd可以誘導(dǎo)自噬。該蛋白通過與MAP1LC3/LC3(微管相關(guān)蛋白1輕鏈3)的直接結(jié)合，選擇性地結(jié)合到自噬體中，并通過自噬高效降解。同時(shí)干擾自噬相關(guān)基因Atg7有效減少Cd誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡（圖1）。

圖1 Cd誘導(dǎo)培養(yǎng)的骨間充質(zhì)干細(xì)胞自吞噬死亡 2.Cd誘導(dǎo)培養(yǎng)的MSCs中TFE3的核定位

TFE3（轉(zhuǎn)錄因子E3）是亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子家族成員，主要調(diào)節(jié)自噬和溶酶體發(fā)生的相關(guān)基因的表達(dá)[3]。免疫熒光和熒光素酶報(bào)告基因檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)都證實(shí)Cd處理促進(jìn)TFE3核定位，TFE3激活自噬相關(guān)基因的表達(dá)（圖2）。

圖2 Cd誘導(dǎo)培養(yǎng)的骨間充質(zhì)干細(xì)胞TFE3的核轉(zhuǎn)運(yùn) 3.Cd激活TFE3誘導(dǎo)MSCs的自噬

接下來作者通過特異的siRNA干擾TFE3活性，抑制了Cd誘導(dǎo)MSCs的自噬（圖3）。TFE3的轉(zhuǎn)錄調(diào)控活性依賴于其磷酸化修飾[4]，并受對(duì)營(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)因子敏感的信號(hào)機(jī)制控制，比如mTORC1(雷帕霉素激酶復(fù)合體1)，通過其磷酸化靶蛋白的檢測(cè)表明在培養(yǎng)的MSCs中，Cd激活TFE3與MTORC1無關(guān)。

圖3 TFE3介導(dǎo)培養(yǎng)的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞中cd誘導(dǎo)的自噬
4.AKT通過磷酸化ser565位點(diǎn)調(diào)控TFE3活性

研究團(tuán)隊(duì)通過AKT（絲氨酸/蘇氨酸激酶 ）位置權(quán)重矩陣 (PWM)掃描TFE3的氨基酸位點(diǎn)，預(yù)測(cè)出AKT磷酸化TFE3潛在的位點(diǎn)，并進(jìn)一步驗(yàn)證AKT對(duì)TFE3去磷酸化激活的機(jī)制，Cd降低了磷酸化AKT（P-AKT）的表達(dá)(Ser473)。本底AKT活性的升高增加TFE3在Ser565位點(diǎn)去磷酸化，促進(jìn)TFE3核定位（圖4）。

圖4 AKT通過磷酸化ser565位點(diǎn)調(diào)控TFE3活性 5.AKT-TFE3通路對(duì)Cd誘導(dǎo)起重要作用

蛋白磷酸酶/鈣調(diào)磷酸酶（PPP3/calcineurin）在調(diào)控TFE3中起重要作用，通過負(fù)調(diào)控AKT的磷酸化作用，而增強(qiáng)AKT對(duì)TFE3的去磷酸化激活作用來促進(jìn)TFE3核轉(zhuǎn)移（圖5）。

圖5 PPP3/calcineurin調(diào)控 AKT-TFE3通路對(duì)Cd誘導(dǎo)起重要作用

一圖讀懂在Cd誘導(dǎo)骨間充質(zhì)干細(xì)胞毒性中AKT激活TFE3促進(jìn)自噬發(fā)生機(jī)制

總結(jié)

自噬可通過清除有毒代謝物和細(xì)胞內(nèi)病原體誘導(dǎo)的功能失調(diào)或受損的細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器來幫助細(xì)胞存活，而過度的自噬激活會(huì)引發(fā)自噬程序性細(xì)胞死亡，通過過表達(dá)、干擾或基于病毒載體進(jìn)行相關(guān)信號(hào)通路基因一系列操作，證實(shí)自噬主要參與了Cd介導(dǎo)的骨毒性。PPP3/calcineurin-AKT-TFE3通路調(diào)控自噬溶酶體機(jī)制為Cd誘導(dǎo)骨損傷的治療提供新的治療方法。

參考文獻(xiàn)：
[1]Chen X, Ren S, Zhu G, et al. Emodin suppresses cadmiuminduced osteoporosis by inhibiting osteoclast formation. Environ Toxicol Pharmacol. 2017;54:162–168.
[2]Chen X, Wang K, Wang Z, et al. Effects of lead and cadmium coexposure on bone mineral density in a Chinese population. Bone.2014;63:76–80.
[3]Perera RM, Stoykova S, Nicolay BN, et al. Transcriptional control of autophagy-lysosome function drives pancreatic cancer metabolism.Nature. 2015 Aug 20;524(7565):361–365.
[4]Palmieri M, Pal R, Nelvagal HR, et al. mTORC1-independent TFEB activation via Akt inhibition promotes cellular clearance in neurodegenerative storage diseases. Nat Commun. 2017 Feb06;8:14338。