ATG4B 亞硝基化修飾介導(dǎo)的自噬缺陷在糖尿病中樞神經(jīng)病變中的作用機制

6 月 20 日，Autophagy 雜志在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理研究所研究員陳暢課題組題為 Autophagy impairment mediated by S-nitrosation of ATG4B leads to neurotoxicity in response to hyperglycemia 的研究論文，揭示了 ATG4B 亞硝基化修飾介導(dǎo)的自噬缺陷在糖尿病中樞神經(jīng)病變中的作用。

據(jù)統(tǒng)計，60-70% 的糖尿病人會發(fā)生神經(jīng)病變，而出現(xiàn)中樞神經(jīng)病變的比例越來越高，糖尿病人在老年時期患微血管癡呆和阿爾茨海默病的風(fēng)險大大增加，表現(xiàn)為腦萎縮和認知功能障礙。同時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷還可以加重外周神經(jīng)病變。糖尿病相關(guān)的認知功能障礙嚴重降低了糖尿病患者的生活質(zhì)量，給社會和家庭帶來了沉重的經(jīng)濟負擔。揭示其發(fā)生機制是解決問題的關(guān)鍵。

陳暢課題組研究發(fā)現(xiàn)，在伴隨有高血糖癥的糖尿病 GK 大鼠中海馬神經(jīng)元自噬水平降低，但在血糖水平與對照差別不大的糖尿病 ob/ob 小鼠中自噬水平不變；體外直接用高糖處理小鼠原代海馬神經(jīng)元也可以觀察到自噬水平降低。進一步研究表明，自噬在高糖誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中起保護作用。用 mRFP-GFP-LC3 標記自噬小泡后，分別檢測自噬小體和自噬溶酶體的數(shù)量，發(fā)現(xiàn)高糖通過抑制自噬小體的合成而降低自噬流，這一過程是由一氧化氮（NO）介導(dǎo)的。進一步通過亞硝基化修飾定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析 GK 大鼠海馬中亞硝基化修飾水平的變化，發(fā)現(xiàn)核心自噬蛋白，ATG4B 的亞硝基化修飾水平增高，NO 同時抑制了 ATG4B 切割 ATG8 前體和去連接 ATG8-PE 的活性，導(dǎo)致自噬前體形成障礙。質(zhì)譜和定點突變分析表明，Cys189 和 Cys292 是 ATG4B 的亞硝基化修飾位點，這兩個位點的亞硝基化修飾導(dǎo)致了 ATG4B 酶活降低，從而介導(dǎo)高糖誘導(dǎo)的自噬缺陷和神經(jīng)細胞毒性。

該研究結(jié)果揭示了糖尿病中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的新機制，同時也揭示了調(diào)控自噬機器的一種新的翻譯后修飾──巰基亞硝基化修飾。

陳暢為本文的通訊作者，陳暢課題組博士研究生李亞子為本文的*作者。該工作得到生物物理所徐濤課題組、劉光慧課題組及清華大學(xué)李蓬課題組的合作和支持。該研究得到國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973 計劃）、國家重點研發(fā)計劃重大專項以及國家自然科學(xué)基金資助，全部工作在生物物理所完成