自噬（巨自噬，Macroautophagy）是一種古老而保守的細(xì)胞脅迫應(yīng)答和穩(wěn)態(tài)維持的機制。細(xì)胞通過消耗自身胞質(zhì)組分來協(xié)調(diào)機體應(yīng)答外界刺激。選擇性自噬能有效清除對細(xì)胞有害的受傷細(xì)胞器、蛋白聚集體和外源侵入體。機體衰老過程中呈現(xiàn)自噬活性的下降，蛋白降解減慢，并伴隨多種有害蛋白聚集和損傷細(xì)胞器富集。自噬在多項研究中顯示能正向調(diào)控生物體壽命。2018年，Ming Chang Hu和 Beth Levine的聯(lián)合研究成果表明，Beclin1蛋白第121位苯丙氨酸突變成丙氨酸，減少Beclin1蛋白與其負(fù)調(diào)控蛋白Bcl-2的相互作用。Becn1F121A/F121A 小鼠多器官呈現(xiàn)本底自噬活性的上升，壽命延長（Nature亮點丨首次真正意義上證明自噬可延長小鼠壽命，自噬與衰老領(lǐng)域的扛鼎之作）【1】。然而在有些疾病條件下，自噬活性升高又是有害致命的。如何解釋自噬通路截然相反的效果，這需要在不同組織特異和細(xì)胞器特異的環(huán)境下進行具體分析【2】。

3月28日，Cell在線發(fā)表了哈佛大學(xué)Alexander Soukas教授實驗室的最新研究成果：Mitochondrial permeability uncouples elevated autophagy and lifespan extension。本文發(fā)現(xiàn)了一種全新的自噬通路調(diào)控線粒體和壽命的機制：TORC2復(fù)合物通過SGK1來激活線粒體膜上VDAC1蛋白的降解，從而降低mPTP通道數(shù)量，維持線粒體膜的低通透性。mTORC2通路突變體中，線粒體膜通透性升高并引導(dǎo)自噬活性增加，導(dǎo)致壽命縮短（圖1）。本文通過模式生物線蟲和哺乳動物系統(tǒng)實驗均證明了自噬活性的增高在mTORC2突變的背景下是縮短壽命的主要原因。

圖1 mTORC2調(diào)節(jié)線粒體膜通透性和下游自噬活性及壽命

TOR復(fù)合物有兩種：TORC1和TORC2，兩種TOR復(fù)合物的組成、亞細(xì)胞定位和下游激活通路不同（圖2）。RICTOR/rict-1是TORC2復(fù)合物的特異組分，SGK-1是TORC2復(fù)合物激活的下游底物。Soukas教授早期的研究表明，rict-1(-)和sgk-1(-)兩種線蟲突變體的平均壽命均比野生型線蟲短，但是下游分子機制尚不明確【3】。

圖2 mTORC1和mTORC2蛋白組成不同

rict-1(-)和sgk-1(-)兩種線蟲突變體中，本文觀察到GFP::LGG-1斑點的增多和GFP::LGG-1蛋白切割的增加；同時通過chloroquine抑制溶酶體降解活性并沒有阻斷其增多。進一步實驗表明在突變體中，敲低自噬通路上游激活基因bec-1/Beclin-1和unc-51/ULK1以及lgg-1均能回復(fù)壽命縮短的表型。自噬通路下游轉(zhuǎn)錄因子HLH-30/TFEB表達增強，顯示蛋白水平升高。綜合上述實驗結(jié)果表明，在mTORC2通路突變中，自噬活性增加，自噬通路的流量增大。自噬通路流量增大，反而縮短壽命。

為了找到mTORC2通路下游響應(yīng)蛋白，本文進行了SGK-1互作蛋白的質(zhì)譜分析鑒定，結(jié)果表明線粒體通透性通道m(xù)PTP（mitochondrial permeability transition pore ）的相關(guān)蛋白高度富集。SGK-1 蛋白和其中VDAC1蛋白有直接相互作用。敲低mPTP相關(guān)基因同樣能回復(fù)mTORC2突變體中壽命縮短的表型。進一步實驗分析表明SGK-1激酶能直接對VDAC1蛋白第104位絲氨酸磷酸化，引起了VDAC1泛素化水平升高，蛋白降解增多。sgk-1(-)突變體中，顯示VDAC1蛋白水平升高。

VDAC1蛋白水平升高，引起下游一系列的生理反應(yīng)。mPTP開放隨著VDAC1蛋白穩(wěn)定而增加，線粒體膜通透性增加，可引起自噬流量增加【4】。VDAC1蛋白同時可介導(dǎo)線粒體選擇性自噬，VDAC1增加可升高線粒體自噬【5】。這些研究可以解釋sgk-1(-)突變體中，自噬活性上升的原因。

本文還同時檢測了在其它長壽突變蟲株中，線粒體膜的通透性改變是否會改變其長壽表型。結(jié)果表明，敲低sdhb-1基因的表達可引起mPTP的開放，可以降低在eat-2和glp-1兩種突變體中的壽命延長。過表達VDAC1同樣引起mPTP開放增多，同樣縮短了在eat-2和glp-1兩種突變體中延長的壽命。這些結(jié)果揭示了，長壽的突變蟲株必需保持線粒體膜的低通透性（圖3）。

圖3 維持線粒體膜的低通透性對壽命延長的作用。

Soukas教授同時也是一名醫(yī)生，在麻省總醫(yī)院MGH完成了住院醫(yī)的培訓(xùn)，本文還進行了小鼠肝臟缺血-再灌注損傷模型的研究。在肝臟移植和肝臟手術(shù)中，肝臟缺血-再灌注損傷影響預(yù)后。目前已知控制mPTP的開放是降低心肌細(xì)胞缺血-再灌注損傷的途徑之一【6】。肝臟具有高本底水平的自噬活性，本文研究顯示Sgk1敲除的小鼠在肝臟缺血-再灌注后，血清中轉(zhuǎn)氨酶升高，細(xì)胞自噬和凋亡增加，提示損傷加劇。本文中通過控制mPTP的開放可有效抑制肝臟缺血-再灌注的損傷，具有重要的臨床指導(dǎo)意義！

本文研究揭示了一種全新自噬調(diào)控壽命的機制：mTORC2-SGK1通路調(diào)控線粒體通透性和自噬活性并影響生物體的穩(wěn)態(tài)維持和壽命。線粒體是儲存鈣離子的重要細(xì)胞器，在線粒體膜通透性增加后，鈣離子釋放到胞質(zhì)中，將引起系列下游反應(yīng)。這也可能是引起自噬活性升高的原因之一。

原文鏈接：

https:///10.1016/j.cell.2019.02.013

制版人：珂

1. Ferna′ ndez, A.F., et al. (2018). Disruption of the beclin 1-BCL2 autophagy regulatory complex promotes longevity in mice. Nature 558,136–140.

2. Chang, J.T., Kumsta, C., Hellman, A.B., Adams, L.M., and Hansen, M. (2017). Spatiotemporal regulation of autophagy during Caenorhabditis elegans aging. eLife 6, e18459.

3. Soukas, A.A., Kane, E.A., Carr, C.E., Melo, J.A., and Ruvkun, G. (2009). Rictor/TORC2 regulates fat metabolism, feeding, growth, and life span in Caenorhabditis elegans. Genes Dev. 23, 496–511.

4. Elmore, S.P., Qian, T., Grissom, S.F., and Lemasters, J.J. (2001). The mitochondrial permeability transition initiates autophagy in rat hepatocytes. FASEB J. 15, 2286–2287.

5. Geisler, S., Holmstro¨ m, K.M., Skujat, D., Fiesel, F.C., Rothfuss, O.C., Kahle, P.J., and Springer, W. (2010). PINK1/Parkin-mediated mitophagy is dependent on VDAC1 and p62/SQSTM1. Nat. Cell Biol. 12, 119–131.

6. Ong, S.B., Samangouei, P., Kalkhoran, S.B., and Hausenloy, D.J. (2015). The mitochondrial permeability transition pore and its role in myocardial ischemiareperfusion injury. J. Mol. Cell. Cardiol. 78, 23–34.