中山大學藥學院李民課題組近日在權威期刊Redox Biology發表題為“Suppression of ATG4B by copper inhibits autophagy and involves in Mallory body formation”的研究論文，揭示了銅離子通過抑制ATG4B導致自噬失活，進而阻礙威爾森病蛋白聚集體清除的一種新機制。
銅離子是人體必需的微量元素，但其過量蓄積會導致疾病發生，如威爾森病。威爾森病是ATP7B基因突變導致的常染色體隱性遺傳病，ATP7B基因突變使其編碼的ATP7B蛋白功能受損，肝細胞膽管側的ATP7B無法轉運銅離子至膽汁以排泄，過量蓄積的銅離子經肝細胞血管測進入血液循環，引起全身多臟器損傷，其中肝臟和神經系統病變最常見。其肝臟病理可表現為脂肪變性、炎癥浸潤、氣球樣變和Mallory小體生成等 。Mallory小體是細胞質中的嗜酸性包涵體，在蛋白質錯誤折疊和蛋白酶體功能受損等情況下可形成，主要成分為p62、泛素化蛋白和角蛋白K8/K18。前期研究表明激活自噬有助于Mallory小體的清除，但其具體機制尚不明確 。自噬是一種進化保守的維持細胞穩態的自我保護機制，已發現有四十余種ATG蛋白參與此過程 。其中半胱氨酸蛋白酶家族成員ATG4B可將未活化型的pro-LC3酶切為游離型的LC3-I，還可以將脂化型的LC3-II酶切回游離型LC3-I以循環利用。這兩步酶切對于自噬體的形成至關重要，因此抑制ATG4B會導致自噬功能失活。ATG4B是否通過調節自噬而影響銅離子蓄積導致形成Mallory小體或清除尚不清楚。
該研究首先發現銅離子在體外蛋白水平可有效且特異性地抑制ATG4B蛋白的酶活性，并在細胞水平靶向ATG4B而抑制自噬；銅離子可引起p62和ATG4B在細胞水平形成聚集體，且在細胞和體外蛋白水平誘導ATG4B發生寡聚化，該寡聚化現象受到氧化還原調控。這些蛋白聚集現象與威爾森病中銅離子引起Mallory小體的生化特征相似，并且在威爾森病的細胞模型中，過表達ATG4B可一定程度逆轉銅離子引起的自噬抑制以及相應的Mallory小體形成。綜上，該研究發現了一種新的銅離子損傷機制，即銅離子靶向ATG4B而抑制自噬進而促進威爾森病中Mallory小體的生成并抑制其清除。該研究為全面認識銅離子與自噬的關系以及在威爾森病發病機制中的作用提供了新的實驗證據。
圖1. ATG4B參與銅離子蓄積形成Mallory小體形成示意圖
這項工作也是李民課題組前期發現在過氧化氫誘導條件下ATG4B氧化還原調控位點Cys292和Cys361研究工作的基礎上( The protease activity of human ATG4B is regulated by reversible oxidative modification, Autophagy, 2020, 16: 1838-1850)，新發現的一種銅離子介導的氧化還原調控模式。
中山大學藥學院碩士生夏凡、博士后伏園園和碩士生謝華中為論文的共同第一作者，李民為通訊作者。中山大學藥學院劉培慶團隊和動物中心張薇團隊為這項工作提供大力支持。該研究得到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金以及廣東省手性分子與藥物發現重點實驗室的資助。