撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

溶酶體（lysosome）維持著 4.5-5.0 的酸性 pH 值，這是大分子降解的最佳條件。

溶酶體的質(zhì)子內(nèi)流（即 H+ 從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入溶酶體）已知是由 V 型 ATP 酶（V-ATPase）介導(dǎo)的，2022 年 6 月，徐浩新團(tuán)隊在Cell期刊發(fā)表論文【1】，首次揭示了溶酶體的質(zhì)子外流（即 H+ 從溶酶體進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)）通道——TMEM175，其在溶酶體過酸時（pH < 4.5）被激活，介導(dǎo)快速質(zhì)子外流，避免溶酶體中的水解酶活性被抑制。然而，徐浩新團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，在 TMEM175 敲除細(xì)胞中，當(dāng) V-ATPase 被抑制時，溶酶體依然能夠逐漸堿化，這說明溶酶體中仍有未知的慢速 H+ 泄漏途徑。

2025 年 4 月 23 日，良渚實驗室/浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院徐浩新教授團(tuán)隊在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表了題為：SLC7A11 is an unconventional H+ transporter in lysosomes 的研究論文。

該研究發(fā)現(xiàn)，鐵死亡的關(guān)鍵靶點蛋白SLC7A11是溶酶體慢速 H+ 泄漏通路（Lyso-H2）的分子基礎(chǔ)，介導(dǎo)溶酶體質(zhì)子外流以維持酸性穩(wěn)態(tài)，調(diào)控溶酶體降解、細(xì)胞鐵死亡以及帕金森病的病理進(jìn)程。

為了保持酸性腔室以利于水解酶的活性，溶酶體（lysosome）維持著膜兩側(cè)約 500 倍的質(zhì)子濃度梯度。這種梯度還使得離子和代謝物的次級梯度得以形成，從而調(diào)節(jié)溶酶體的功能。這些條件對于溶酶體的多種功能是必需的，包括降解、貨物運輸和分解代謝產(chǎn)物的輸出。

溶酶體酸化異常與多種神經(jīng)病理學(xué)有關(guān)，包括帕金森病（PD）和阿爾茨海默病（AD）。與此同時，溶酶體 pH 值的正常化能夠清除這些神經(jīng)退行性疾病中的有毒蛋白質(zhì)聚集體，這表明溶酶體的氫離子（ H+）通量途徑可能在溶酶體功能和細(xì)胞健康的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

在單個溶酶體內(nèi)部，腔內(nèi) pH 值會動態(tài)調(diào)節(jié)，以平衡溶酶體膜上質(zhì)子的流入和流出途徑，從而對細(xì)胞信號作出反應(yīng)。溶酶體的酸度是其降解能力的主要決定因素，它會根據(jù)貨物負(fù)載和降解產(chǎn)物的水平按需進(jìn)行調(diào)節(jié)。V 型 ATP 酶（V-ATPase）主要負(fù)責(zé)溶酶體質(zhì)子流入。

2022 年 6 月，徐浩新團(tuán)隊在Cell期刊發(fā)表論文【1】，發(fā)現(xiàn)了TMEM175是溶酶體中的一種質(zhì)子激活（即酸性激活）的 H+ 選擇性通道，在溶酶體 pH 值（pHLy）低于 4.5 時，它會作為快速 H+泄漏通道（LysoH1）被激活。

鑒于 V-ATP 酶抑制會導(dǎo)致溶酶體 pH 值逐漸向 6.0 堿化，那么在生理 pH 值波動期間，尤其是當(dāng)溶酶體 pH 值超過 4.5 時，必然存在一個緩慢的持續(xù)性 H+ 泄漏途徑。

最近對分離的溶酶體進(jìn)行的分解代謝物譜分析顯示，某些氨基酸在細(xì)胞質(zhì)中的含量遠(yuǎn)高于溶酶體腔內(nèi)。細(xì)胞質(zhì)中的谷氨酸（Glu）濃度比溶酶體腔內(nèi)高 10 倍，而且溶酶體膜對谷氨酸的通透性比對其他氨基酸的通透性更強(qiáng)。相比之下，溶酶體內(nèi)富含胱氨酸，這是一種半胱氨酸的氧化衍生物，這是由于其獨特的氧化環(huán)境能夠催化半胱氨酸形成二聚體胱氨酸。盡管有這些發(fā)現(xiàn)，但溶酶體的酸度和 H+ 通量途徑似乎通過終產(chǎn)物反饋機(jī)制受溶酶體降解的主要產(chǎn)物腔內(nèi)氨基酸水平的調(diào)節(jié)。

在這項最新研究中，研究團(tuán)隊構(gòu)建了孤兒溶酶體膜蛋白（OLMP）敲除細(xì)胞文庫，從中篩選出去酸化的關(guān)鍵蛋白——SLC7A11。并通過小分子化合物庫高通量篩選實驗找到了對溶酶體酸性有顯著增強(qiáng)的小分子——Erastin，這是一種常用的鐵死亡誘導(dǎo)劑，其作用靶點正是 SLC7A11。進(jìn)而確定了 SLC7A11 這種已知能調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡和鐵死亡的膜蛋白是集中于溶酶體膜上的胱氨酸/谷氨酸（Cys/Glu）滲透酶/轉(zhuǎn)運蛋白。

谷氨酸和胱氨酸的側(cè)鏈基團(tuán)在溶酶體的生理 pH 值（約 4.6）和細(xì)胞質(zhì)的生理 pH 值（約 7.2）范圍內(nèi)可質(zhì)子化（pKa 分別為 4.3 和 7.5），這使得 SLC7A11 能夠通過底物作為質(zhì)子載體的機(jī)制介導(dǎo)溶酶體慢速 H+ 泄漏通道（LysoH2）。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，SLC7A11 缺失或抑制會導(dǎo)致溶酶體過度酸化、降解能力減弱、儲存物質(zhì)積累、鐵死亡以及促進(jìn)神經(jīng)元中 α-突觸核蛋白（與帕金森病有關(guān)）的聚集。而修復(fù)溶酶體的酸度異常，可恢復(fù)溶酶體穩(wěn)態(tài)并防止細(xì)胞鐵死亡。

該研究的核心發(fā)現(xiàn)：

• 溶酶體 SLC7A11 通過胱氨酸和谷氨酸的通量介導(dǎo)緩慢的 H+ 泄漏；

• SLC7A11 缺陷會導(dǎo)致溶酶體過度酸化和降解能力降低；

• 溶酶體 pH 值的穩(wěn)態(tài)對于防止 erastin 誘導(dǎo)的鐵死亡是必需的；

• SLC7A11 功能障礙促進(jìn)神經(jīng)元中病理性 α-突觸核蛋白（α-Syn）的聚集。

總的來說，這項研究揭示了一種非常規(guī) H+ 運輸通道，它是溶酶體中可質(zhì)子化代謝物通量的關(guān)鍵組成部分，對溶酶體功能、鐵死亡以及帕金森病（PD）病理具有調(diào)節(jié)作用。

論文鏈接：

1. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(22)00652-3

2. https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00406-4