内质网(Endoplasmic Reticulum, ER)作为细胞内胆固醇稳态调控的核心细胞器,是胆固醇从头合成与跨膜转运的关键功能场所。在合成层面,它通过一系列高度保守的酶促反应,完成胆固醇从乙酰辅酶 A 到最终产物的生物合成;在转运层面,它并非孤立的合成单元,而是作为胆固醇在细胞内精准分布的 “中枢枢纽”-通过与高尔基体、溶酶体、过氧化物酶体及细胞膜等结构的动态互作,将胆固醇定向输送至需求部位,直接参与维持细胞膜系统的结构完整性与功能流动性【1】。
值得注意的是,与 “胆固醇调控核心” 的功能定位形成鲜明对比,内质网膜自身的胆固醇含量始终维持在低水平。这种 “合成与转运活跃但自身含量低” 的特殊稳态,提示内质网进化出精准感知自身及细胞内胆固醇浓度变化的分子机制,并以胆固醇浓度变化为信号调控下游细胞功能【2】。然而,当前研究仍存在关键缺口:胆固醇如何以信号分子的身份,分别调控内质网自噬(ER-phagy)— 这一维持内质网质量稳态的核心过程【3】,与STING先天免疫反应—机体抵御病原体的首道防线【4】?此外,二者协同作用的具体分子机制,目前仍不明确,以上均是亟待解析的科学问题。
2025年10月13日,浙江大学孙启明与刘伟团队在Nature Cell Biology 上发表了题为“Cholesterol sensing by the SCAP-FAM134B complex regulates ER-phagy and STING innate immunity” 的研究。该研究鉴定出一个内质网驻留的胆固醇感应复合物SCAP-FAM134B,它如同一个中枢“开关”,能根据ER内的胆固醇波动,动态决定是否启动ER的自噬清理程序与STING介导的先天免疫应答,进而在脂质代谢、细胞器自噬与先天性免疫这三个关键生物学过程间,建立起重要的协同作用【5】。
内质网胆固醇水平调节ER-phagy活性
团队近期的研究在细胞水平揭示了内质网片段化是内质网自噬发生的前提条件及其调控机制【6,7】。利用团队构建的内质网自噬探针转基因小鼠模型【8】,发现高胆固醇饮食会抑制小鼠肝脏中的ER-phagy。在细胞实验中,胆固醇过载可抑制内质网驻留蛋白的降解,而胆固醇耗竭则增强这一过程。这些结果表明,胆固醇对ER-phagy具有特异性调节作用。
SCAP-FAM134B复合物的鉴定与功能
鉴于SCAP是已知的胆固醇感应蛋白,对胆固醇从头合成通路发挥关键的调控作用【2】,研究人员进一步探讨了其是否参与ER-phagy的调控。通过筛选,他们发现ER-phagy受体FAM134B与SCAP之间存在直接相互作用,且该作用受胆固醇水平调控。当胆固醇水平较高时,SCAP与FAM134B的结合增强,抑制FAM134B介导的ER-phagy;而在低胆固醇条件下,两者解离,FAM134B被激活并启动ER-phagy,SCAP则转而激活SREBP2通路以促进胆固醇合成。
FAM134B胆固醇结合位点的确定
为探究FAM134B感知胆固醇的机制,研究人员通过胆固醇探针结合实验证实FAM134B可直接与胆固醇结合。他们进一步定位到一个进化上保守的氨基酸位点E259,该位点对胆固醇结合至关重要。E259突变不仅使FAM134B丧失胆固醇结合能力,也破坏了其与SCAP之间的胆固醇依赖性相互作用。此外,表达该突变体的细胞中,ER-phagy不再受胆固醇水平调控,表明E259是胆固醇调节FAM134B功能的关键位点。
从自噬调节到免疫激活的转换
研究还发现了SCAP-FAM134B复合物调控的另一条重要通路——STING介导的先天免疫。低胆固醇条件下,脱离了SCAP“束缚”的FAM134B能与COPII转运复合物(特别是SEC24C)协同,促进STING从ER向ERGIC的转运,从而激活I型干扰素应答。相应的体内实验显示,Fam134b条件性敲除小鼠对DNA病毒(如VACV)的易感性增加,但对RNA病毒(VSV)的反应正常,表明该通路在抗DNA病毒免疫中具有特定作用。
总结与展望
本研究揭示了由内质网胆固醇水平调控的SCAP-FAM134B复合物在内质网自噬与先天免疫中的核心作用。该机制表明,SCAP-FAM134B可能成为胆固醇代谢异常相关疾病(包括代谢性疾病、感染性疾病、自身免疫病及神经退行性疾病)的潜在干预靶点。未来研究可探索通过调节该通路来治疗相关疾病的新策略。
浙江大学医学院的孙启明教授和刘伟教授为本论文的通讯作者。浙江大学医学院李博然博士、周东恒博士、王心怡博士及江肖博士为本文的共同第一作者。美国德克萨斯西南医学中心的J. L. Goldstein教授和M. S. Brown教授,武汉大学的宋保亮教授,北京大学的蒋争凡教授,清华大学的葛亮教授,浙江大学的Dante Neculai教授,徐平龙教授,吴志英教授,胡新央教授,沈啸教授,陈静海教授,周全研究员,钟贞研究员对本研究工作提供了大力支持。
原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41556-025-01766-y
参考文献:
1.Luo, J., Yang, H., and Song, B.L. (2020). Mechanisms and regulation of cholesterol homeostasis. Nature reviews. Molecular cell biology 21, 225-245. 10.1038/s41580-019-0190-7.
2.Brown, M.S., Radhakrishnan, A., and Goldstein, J.L. (2018). Retrospective on Cholesterol Homeostasis: The Central Role of Scap. Annu Rev Biochem 87, 783-807. 10.1146/annurev-biochem-062917-011852.
3.Gubas, A., and Dikic, I. (2022). ER remodeling via ER-phagy. Mol Cell 82, 1492-1500. 10.1016/j.molcel.2022.02.018.
4.York, A.G., Williams, K.J., Argus, J.P., Zhou, Q.D., Brar, G., Vergnes, L., Gray, E.E., Zhen, A., Wu, N.C., Yamada, D.H., et al. (2015). Limiting Cholesterol Biosynthetic Flux Spontaneously Engages Type I IFN Signaling. Cell 163, 1716-1729. 10.1016/j.cell.2015.11.045.
5.Li, B., Zhou, D., Wang, X., Jiang, X., Sang, Y., Dai, Y., Yao, Y., Zhang, Y., Chen, C., Li, S., et al. (2025). Cholesterol sensing by the SCAP–FAM134B complex regulates ER-phagy and STING innate immunity. Nature cell biology. 10.1038/s41556-025-01766-y.
6.Jiang, X., Wang, X., Ding, X., Du, M., Li, B., Weng, X., Zhang, J., Li, L., Tian, R., Zhu, Q., et al. (2020). FAM134B oligomerization drives endoplasmic reticulum membrane scission for ER-phagy. The EMBO journal 39, e102608. 10.15252/embj.2019102608.
7.Wang, X., Jiang, X., Li, B., Zheng, J., Guo, J., Gao, L., Du, M., Weng, X., Li, L., Chen, S., et al. (2023). A regulatory circuit comprising the CBP and SIRT7 regulates FAM134B-mediated ER-phagy. The Journal of cell biology 222. 10.1083/jcb.202201068.
8.Sang, Y., Li, B., Su, T., Zhan, H., Xiong, Y., Huang, Z., Wang, C., Cong, X., Du, M., Wu, Y., et al. (2024). Visualizing ER-phagy and ER architecture in vivo. Journal of Cell Biology 223. 10.1083/jcb.202408061.
学术合作组织
(*排名不分先后)
战略合作伙伴
(*排名不分先后)
·
转载须知
【非原创文章】本文著作权归文章作者所有,欢迎个人转发分享,未经作者的允许禁止转载,作者拥有所有法定权利,违者必究。
BioArt
Med
Plants
人才招聘
近期直播推荐
点击主页推荐活动
关注更多最新活动!