SQSTM1

在日常生活中，塑料制品随处可见，从外卖餐盒到快递包装，从购物袋到一次性餐具。但你或许不知道，这些塑料制品在环境中逐渐分解，会产生微小的塑料颗粒——微塑料（MPs）。它们广泛存在于空气、水、土壤，甚至我们的食物中，对人类健康构成潜在威胁。Ecotoxicol Environ Saf上的一项研究Polystyrene microplastics induce nephrotoxicity through DDIT4-mediated autophagy and apoptosis就聚焦于微塑料对肾脏的影响，揭示了令人担忧的真相。微塑料是直径小于5毫米的塑料碎片，化学性质稳定，可通过食物链进入生物体内，甚至穿越生物屏障，在人体血液、胎盘和粪便中都能发现其踪迹。其中，聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）因在包装材料和一次性产品中广泛应用，备受关注。肾脏作为重要的排泄器官，血流量大、过滤功能强，是微塑料暴露的主要靶器官之一。以往研究虽表明PS-MPs会对肾脏造成损伤，但具体机制尚不明确，且传统研究模型无法完全模拟人类肾脏的复杂结构和功能。此次研究中，科研人员利用人类多能干细胞（hiPSCs）衍生的3D肾脏类器官模型和肾单位祖细胞（NPCs），探究1 μm聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）对肾脏发育和功能的毒性影响，重点研究相关分子通路。研究人员先对PS-MPs的形态和粒径分布进行表征，确认其为均匀球形、表面光滑，平均直径约1μm，适合后续实验。接着，将肾脏类器官暴露于不同浓度（1.25 – 10 μg/mL）的PS-MPs中24小时。图 1. 聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）的表征结果令人担忧。Imaris 3D建模显示，PS-MPs能进入肾脏类器官细胞内。而且，类器官大小随PS-MPs浓度增加而减小，肾单位特异性标记物受到干扰，近端小管（LTL）和远端小管（CDH1）信号减弱，足细胞（PODXL）表达升高。细胞活力检测发现，2.5 μg/mL PS-MPs处理24小时后，细胞存活率为80%，该浓度因此被选用于后续实验。RNA测序结果表明，PS-MPs处理后，共检测到761个差异表达基因，其中269个上调，492个下调。KEGG通路分析显示，与人类疾病、细胞过程和环境信息处理相关的通路显著富集，尤其是自噬和凋亡通路。GO分析发现，参与氧化应激、DNA损伤、缺氧等应激反应的基因也明显富集。这意味着PS-MPs可能通过激活这些通路引发肾毒性。图 2. 聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）在肾脏类器官中的内化及肾毒性进一步研究发现，PS-MPs确实诱导了肾脏自噬。TEM分析观察到PS-MP处理的肾脏类器官中存在自噬溶酶体，基因和蛋白质表达分析也证实，自噬相关基因（LC3、ULK1、ATG3）上调，p62下调，LC3-II/LC3-I比值升高。图 3. 聚苯乙烯微塑料（PS-MP）暴露后的RNA测序转录组分析研究还证实，DNA损伤诱导转录4（DDIT4）在PS-MP诱导的自噬中起关键作用。敲低DDIT4后，LC3-II水平降低，p62表达恢复，自噬体形成减少，mTOR活性恢复。这表明DDIT4通过抑制mTOR通路介导PS-MP诱导的自噬。除自噬外，PS-MPs还诱导了NPCs凋亡。TEM分析显示，PS-MP处理的细胞出现染色质浓缩等凋亡特征。RT-qPCR和Western blot分析表明，促凋亡标记物（BAX、CAS3、CAS9）上调，抗凋亡标记物BCL2下调。敲低DDIT4后，cleaved caspase-3和PARP水平显著降低，证实DDIT4是PS-MPs诱导NPCs凋亡的关键调节因子。图 4. 肾脏中DDIT4诱导自噬和凋亡的机制图这项研究揭示，聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）通过上调DDIT4，抑制mTOR通路，诱导肾单位祖细胞（NPCs）自噬和凋亡，进而损害人类肾脏发育。这一发现为微塑料诱导的肾毒性分子机制提供了新见解。虽然日常生活中我们难以完全避免接触微塑料，但了解其危害后，我们可以尽量减少一次性塑料制品的使用，做好垃圾分类，降低微塑料污染风险。未来，希望有更多研究关注微塑料对人体健康的影响，让我们能更好地保护自己和家人的健康。参考文献：Wang Y, Zhang A, Liang T, et al. Polystyrene microplastics induce nephrotoxicity through DDIT4-mediated autophagy and apoptosis. Ecotoxicol Environ Saf. Published online March 22, 2025. doi:10.1016/j.ecoenv.2025.118066本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！点击下方「阅读原文」，前往生物谷官网查询更多生物相关资讯~

文献标题：Fullerenols hijack lysosomes to disrupt inter-organellar crosstalk and block autophagy pre-activated by mTOR inhibitors for cancer cell PANoptosis发表期刊：Science Bulletin（IF=18.8）发表时间：2025年DOI：10.1016/j.scib.2025.02.034# 📌 研究背景：打破癌细胞亚细胞器“串扰稳态”之防线近年来，肿瘤细胞对亚细胞器间功能协同网络的重编程能力日益受到关注。溶酶体—内质网—线粒体三者之间的物质与信号交换构成一套自稳闭环，调控细胞内环境稳态、自噬代谢和能量再分配，是癌细胞生存与抗逆的关键依赖。现有癌症治疗策略难以精准破坏细胞器间通讯网络，且传统纳米材料（如自由基生成型）存在作用范围不可控的问题。多羟基富勒烯醇（MF）因其独特的膜相互作用特性成为潜在工具。溶酶体膜完整性对自噬过程和细胞自我修复至关重要。以溶酶体为枢纽的mTOR信号通路与自噬激活机制，可促细胞对受损器官与代谢压力进行“自我修复”。但该机制在癌细胞中亦成为其“抗打击防火墙”。如何实现精准、级联、不可逆的“器官网络”干扰，成为癌症治疗策略的重要突破口。# 🧪 实验设计概览本研究提出一种“通信截断 + 自噬阻断”的组合干预策略：主药物载体：高羟基密度富勒醇（MF），对溶酶体膜具特异破坏作用；辅助激活剂：mTOR抑制剂（如EBSS, Torin1）用于预激活细胞自噬；作用机制：MF劫持并破坏溶酶体膜结构，诱发钙离子与蛋白酶外泄；导致内质网应激与线粒体功能障碍；mTOR抑制诱导自噬增强，但溶酶体功能破坏阻断其与自噬体融合，导致自噬流崩溃；最终诱发PANoptosis（焦亡、凋亡与坏死共激活），实现高效肿瘤细胞清除。# 🔍 研究核心发现解读✅ 1. 富勒醇直接破坏溶酶体膜的构效关系首次揭示模拟验证：通过分子动力学模拟，发现MF与溶酶体磷脂双层之间形成高度稳定的氢键网络（>50个，距离<5Å），引发膜结构扭曲及空腔形成；羟基数效应：仅当富勒醇羟基数≥35时，可显著扰乱膜相结构（羟基数为40的富勒醇Rg值最高，为12Å，表明磷脂膜结构的改变最大，破坏最为严重。）；实验证实：SPR实验与Bio-TEM观察进一步验证了MF在溶酶体膜表面高度富集并造成显著结构破坏。图1. 50ns内富勒醇与磷脂双层相互作用的分子动力学模拟图2. FF 和 MF 的制备、表征及 FF/MF 与 mTOR 抑制剂联合应用的选择性细胞毒性✳️ 创新点：区别于自由基氧化攻击，MF通过物理-化学方式实现溶酶体膜直接劫持，机制更具选择性与持久性。✅ 2. mTOR抑制激活自噬，MF协同阻断其“完成路径”细胞层面观察：LC3B-mCherry-GFP双荧光系统显示，在EBSS（诱导自噬）+ MF处理组，自噬体明显累积，酸化受阻，融合过程被截断；蛋白表达变化：Atg5、Beclin1上调，提示自噬激活；LC3-II/I比值升高、p62聚集，提示自噬阻滞；LAMP1/2、Cathepsin B/D下调，功能性溶酶体减少；TFEB、TFE3升高，提示细胞尝试补偿性生物合成。图3. MF与溶酶体膜的相互作用及与mTOR抑制剂联用后的破坏作用✳️ 点评：这一“先诱导、后切断”的双向控制思路，是对传统CQ类非选择性阻断剂的重大超越。✅ 3. 跨器官级联串扰崩溃：从钙泄漏到线粒体失控钙离子动态追踪：LysoTracker + Fluo-4 + Rhod-2组合探针监测显示，Ca²⁺呈现 “溶酶体→线粒体→胞质”级联转移轨迹；关键蛋白转位：CypD由胞质迁移至线粒体，提示线粒体通透性转换孔（mPTP）开启；后续效应：线粒体膜电位下降（JC-1红→绿）；呼吸链蛋白NDUFB8、mtDNA表达下降；ROS水平剧增，抗氧化通路（Nrf2/HO-1/NQO1）受抑；ER应激标志物（p-PERK, p-eIF2a, CHOP）显著上调，呈不可逆胁迫状态。图4. 溶酶体、内质网和线粒体之间的钙离子紊乱导致内质网不可逆应激图5. MF 与 mTOR 抑制剂联合作用导致的线粒体损伤和氧化还原紊乱图7. MF联合mTOR抑制剂通过调控自噬体形成、自噬体-溶酶体融合、自噬体聚集等机制干预自噬过程✳️ 点评：MF所诱发的“钙信号串扰+氧化打击”机制，对癌细胞这种多层次调控体系具有强烈致死性。✅ 4. 能量代谢三线抑制，肿瘤细胞陷入“代谢绝境”代谢组学结果：糖酵解 + PPP路径关键中间物（葡萄糖-6-磷酸(glucose-6-P)、果糖-1,6-二磷酸(fructose-1,6-BP)、3-磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)、核糖-5-磷酸等代谢物，代谢相关酶[如葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)、葡萄糖磷酸异构酶(GPI)、3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)、6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(PGD)]）显著下降；NAD⁺/NADH、NADP⁺/NADPH比值下降；ATP水平剧烈降低；蛋白质组分析：GSEA结果提示MYC、HIF-1α、mTORC1信号通路均被显著负调控。图6. 多种细胞器的级联损伤改变了 A549 细胞的代谢模式，重塑了代谢过程并增强了能量剥夺✳️ 点评：该策略有效避免了单一路径抑制后癌细胞的代谢补偿性逃逸。✅ 5. PANoptosis三线共振，构建多途径死亡收割模式细胞死亡信号分析：Pyroptosis：GSDMD-N↑，Caspase-1活化，IL-1β释放；Apoptosis：Caspase-3/8/6活化，PARP裂解，Bax/Bcl-2比例升高；Necroptosis：p-RIPK1, RIPK3, MLKL显著上调；形态学证实：YO-PRO-1/PI双染显示大量双重标记细胞，提示多通路并发型细胞死亡（PANoptosis）。图8. MF联合mTOR抑制剂破坏亚细胞器相互作用、阻断自噬，诱导PANoptosis细胞死亡✅ 6. 动物模型验证治疗潜力与安全性斑马鱼模型：肿瘤体积下降60%，细胞迁移距离明显缩短；小鼠模型：肿瘤抑制率达60.4%，优于CQ+抑制剂对照组（21.8%）；H&E切片显示肿瘤细胞核固缩、细胞结构解体；体重无显著下降，主要脏器无毒性病理改变。图9. MF联合 mTOR 抑制剂对斑马鱼和小鼠的抗肿瘤作用✳️ 点评：MF + mTORi组合方案兼具显著疗效与低毒特性，具备良好的转化前景。# 🔚 总结与展望本研究系统提出并验证了一个新型抗肿瘤策略：通过高羟基富勒醇纳米材料精准劫持溶酶体，协同mTOR抑制激发自噬失衡，诱发器官串扰崩解与PANoptosis联动死亡机制，从而实现肿瘤细胞的多路径、高强度杀伤。参考文献：Qi, H., Li, X., Ma, J., Sun, J., Liu, Y., Wang, X., ... & Wang, C. (2025). Fullerenols hijack lysosomes to disrupt inter-organellar crosstalk and block autophagy pre-activated by mTOR inhibitors for cancer cell PANoptosis. Science Bulletin.

*仅供医学专业人士阅读参考我们知道，衰老是阿尔茨海默病（AD）的一个重要风险因素，这一过程还伴随神经元蛋白质稳态失调，以及细胞器（如内体-溶酶体）功能退化。这些退化通常被认为与AD发生有关，比如蛋白质稳态失调会导致错误蛋白积累，而内体-溶酶体功能障碍则无法清除有毒蛋白，这些会进一步加剧神经退行性病变。尽管近年来有些研究揭示了内体-溶酶体途径在AD中的关键作用，但现有的模型还存在很多局限，比如遗传模型（APP小鼠模型）无法全面模拟衰老过程，而使用尸检组织则难以观察衰老和AD早期的细胞变化。因此，截至目前，关于衰老过程中出现的蛋白质稳态失衡，以及溶酶体功能障碍与AD之间的确切关系还不够明确。近期，美国斯坦福大学Ching-Chieh Chou和Judith Frydman团队发表了一项重要研究成果。他们利用人类皮肤成纤维细胞，并通过转分化技术，开发了可以保留衰老表型，以及反映AD早期病理事件的神经元模型，即转分化神经元（tNeurons）。具体来说，在构建的AD tNeurons中，研究人员先是观察到，β-淀粉样蛋白（Aβ）和磷酸化tau蛋白沉积的现象，这与AD大脑中的情况类似。其次，通过对不同tNeurons模型进行蛋白质组学分析，研究人员揭示了衰老和AD相关的蛋白质稳态和细胞器功能障碍的差异，其中溶酶体功能障碍会在衰老tNeurons中出现，并在AD tNeurons中加剧，且在这一模型中，溶酶体功能障碍与炎症因子的分泌有关。而使用改善溶酶体功能的小分子化合物，则能减少Aβ42沉积和炎症因子分泌，从而缓解AD病理特征。这提示，溶酶体功能障碍可能是衰老和AD的早期关键事件。研究发表在Nature Cell Biology上[1]。论文首页截图为了构建合适的神经元模型，研究人员分别从8名健康年轻供体（年龄25.6±4.9岁）、12名老年供体（年龄70.3±5.9岁）、16名散发性AD老年患者（年龄70.4±9.2岁）中收集了皮肤成纤维细胞，然后利用转录因子，将这些皮肤成纤维细胞转化为皮质神经元，tNeurons。随后，研究人员发现，这些tNeurons可以保留供体成纤维细胞的年龄和疾病特征，比如从老年，以及AD供体中转分化的神经元，会出现DNA损伤增加、组蛋白修饰变化等特征，且在基础条件下，就表现出了明显的蛋白质稳态失调（表现为泛素阳性，以及自噬受体p62/SQSTM1颗粒积累增加）。模型建立，以及模型表现出的衰老和疾病特征更重要的是，在AD tNeurons中，研究人员还观察到总Aβ、Aβ42、磷酸化tau蛋白，以及TDP-43的沉积显著增加的现象。以上结果提示，神经元蛋白稳态失调会因衰老和AD而加剧，这可能进一步促进了多种AD相关病理蛋白的积累。接下来，通过对来自不同供体的tNeurons模型进行蛋白质组学分析，研究人员发现，衰老和AD相关的蛋白质稳态和细胞器功能障碍存在明显差异，其中溶酶体功能障碍会在衰老tNeurons中出现，并在AD tNeurons中进一步加剧。蛋白组学分析具体来说，利用透射电子显微镜，研究发现，相比衰老tNeurons，AD tNeurons中溶酶体损伤和修复缺陷更为严重，表现为溶酶体体积增大、电子致密颗粒数量增多、线粒体-溶酶体接触的增加、溶酶体损伤标志物（如CHMP2B和galectin-3）水平积累增加，以及溶酶体损伤修复明显延迟。AD tNeurons中，溶酶体损伤更严重进一步，在观察溶酶体功能障碍与蛋白质稳态之间的关系时，研究人员发现，溶酶体损伤会导致TDP-43异常定位，并与Aβ42沉积密切相关。此外，研究发现，溶酶体损伤不仅影响蛋白稳态，还与神经炎症反应相关，尤其在AD tNeurons中，溶酶体损伤还会增加炎症因子（如IL-6、IL-15和CCL2）的分泌。这表明，溶酶体损伤导致的炎症反应在AD的发病过程中起着重要作用。溶酶体损伤导致的炎症反应最后，研究人员想知道药物干预能否改善溶酶体功能并减轻AD病理，结果发现，使用小分子溶酶体功能增强剂（如c381、thioperamide、NCT-504），不仅可以有效修复溶酶体结构缺陷，降低溶酶体损伤标志物水平的积累，还能减少Aβ42沉积和炎症因子分泌，从而缓解AD病理特征。溶酶体功能恢复对AD病理的影响总之，该研究通过开发可以保留衰老表型，以及反映AD早期病理事件的神经元模型，揭示了溶酶体功能障碍是衰老和AD早期的重要事件，这些发现不仅提示了溶酶体功能障碍在AD病理中的作用，还为开发针对溶酶体功能的治疗策略提供了理论依据。参考文献：[1]Chou CC,Vest R,Prado MA,et al.Proteostasis and lysosomal repair deficits in transdifferentiated neurons of Alzheimer's disease.Nat Cell Biol.Published online March 26,2025.doi:10.1038/s41556-025-01623-y本文作者丨张金旭