细胞自噬是真核细胞内高度保守的细胞生物学现象，对细胞稳态的维持至关重要，与神经退行性疾病、癌症、自身免疫性疾病、代谢性疾病等多种人类重大疾病密切相关【1,2】。大量研究工作已围绕细胞自噬的分子机制和自噬的生理病理功能展开。但以往的研究主要集中于自噬早期的自噬体生成上，而细胞自噬是一个多步骤过程，其晚期还包括自噬体-溶酶体的融合、自噬底物的降解和自噬性溶酶体再生等多个步骤【3】。任何一个步骤在自噬功能发挥中都具有重要作用。但目前对于自噬晚期的研究相对较少，可能还有未知的晚期过程有待发现。  

在细胞自噬晚期，自噬体携带内质网、线粒体、细胞膜、高尔基体、ERGIC、内体等多种细胞器的膜成分与溶酶体融合，形成自噬溶酶体。自噬体的内膜及其包裹的内容物在自噬溶酶体内降解并被循环利用，而自噬溶酶体的外膜汇集了多种细胞器的膜成分。细胞如何应对自噬溶酶体外膜上众多来源的膜成分，对于细胞稳态的维持尤为重要，即“自噬溶酶体膜成分的命运问题”。早期的研究发现自噬溶酶体上的溶酶体成分通过自噬性溶酶体再生（ALR）被循环利用【4-8】，但自噬体外膜成分的命运未知（图1）。

图1. 自噬体外膜成分的命运未知

在最新的这项工作中，作者为了验证自噬体成分循环现象的存在，以STX17作为此项研究的货物蛋白。在自噬起始时STX17作为一个跨膜的SNARE蛋白被招募到自噬体上，与另外两个SNARE蛋白SNAP29和VAMP8形成三元SNARE复合体介导自噬体-溶酶体融合形成自噬溶酶体，在融合后STX17转位至溶酶体上【9】。作者采用活细胞成像技术观察STX17的去向，发现自噬溶酶体上的STX17并没有被降解，而是通过分选的方式离开了自噬溶酶体上。此外，作者发现少量的自噬蛋白ATG9A也会定位于自噬体，并通过自噬体-溶酶体的融合转位至自噬溶酶体，这部分ATG9A也会被循环利用。因此，作者将此过程命名为自噬体成分循环（ACR, Autophagosomal Components Recycling）。

图2. Recycler复合体在自噬溶酶体上组装的模式图

为了研究ACR的分子机制，作者采用了基于生物素化酶APEX2的质谱技术，鉴定了与STX17相互作用的蛋白，并通过siRNA敲低和亚细胞定位筛选到了参与ACR的3个必需基因SNX4， SNX5，SNX17。后续的细胞生物学和生物化学实验证明SNX4，SNX5，SNX17可以形成一个三元蛋白质复合体Recycler（图2）。Recycler通过SNX4和SNX5形成的二元复合体识别货物，同时使膜弯曲促进自噬体外膜蛋白出膜。SNX17通过连接SNX4-SNX5复合体和负向运输蛋白复合体Dynein-Dyanactin 协助弯曲膜上的跨膜蛋白在微管上被牵拉移动。最终，在Recycler的作用下自噬体外膜的膜成分被分选出自噬溶酶体（图3）。

图3. 自噬体成分循环的工作模型

为了进一步研究ACR对细胞自噬的影响，作者通过Alanine Scanning 的方式找到了特异性抑制ACR的SNX4突变体。在表达此SNX4突变体的细胞中，作者通过经典的生物化学方法和流式细胞术的方法分析发现ACR缺陷抑制了自噬底物的降解，降低了自噬的效率。

真核细胞内部包含了大量细胞器，维持细胞器的膜稳态和特性对于细胞稳态尤为重要。例如内体接收了高尔基体和细胞内吞来源的膜成分，同时也会在一些蛋白质复合体的作用下（例如retromer和retriever）将膜成分运出【10】，通过这种方式来维持内体的膜稳态和特性。而该研究证实在溶酶体上也存在类似的循环利用现象，被递送至溶酶体的成分并不一定会被降解，而是被循环利用。因此该研究不仅揭示了细胞自噬中以前未被发现的生物学过程--自噬体成分的循环利用，还鉴定了溶酶体上负责循环利用的蛋白质复合体Recycler。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41556-022-00861-8

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