Cathepsin L與線粒體自噬

摘要：氧化應激伴隨的膜電位的下降引起胞漿內Ca濃度（[Ca]）的上升。胞漿Ca水平的改變導致線粒體-核應激信號的出現。在線粒體應激狀態下，線粒體DNA（mtDNA）缺失的細胞中胞漿內Ca的濃度和Cathepsin L的水平都增高，提示兩者可能存在相關性。目前，將通過細胞自噬降解線粒體的途徑稱為線粒體自噬（mitophagy）。DJ-1、PINK1和Parkin 等，在線粒體自噬中起關鍵的作用。一些研究已經表明Parkin、DJ-1等自噬蛋白的缺失會導致胞漿內Ca水平的增加。本文就Cathepsin L通過Ca與線粒體自噬的聯系做簡要的探討。

關鍵詞： Cathepsin L;線粒體自噬;Ca;氧化應激

【中圖分類號】R-0 ???【文獻標識碼】A ???【文章編號】2107-2306（2019）06-199-01

1.PD與氧化應激

氧化應激會引起一系列神經退行性疾病，如帕金森病（Parkinson’s disease，PD）。有關研究發現，線粒體中的E3泛素連接酶Parkin，蛋白激酶PINK1 和?DJ-1等蛋白與PD相關。這些蛋白通過線粒體自噬來調節自身濃度，從而保持線粒體的穩定。線粒體除了可以產生ATP，還可以調控鈣穩態和細胞凋亡。氧化應激伴隨的膜電位的下降引起胞漿內Ca濃度（[Ca_]?）的上升。胞漿Ca水平的改變導致線粒體-核應激信號的出現。有關實驗證明線粒體復合體Ⅰ活性抑制劑魚藤酮（rotenone）會導致線粒體功能障礙和泛素蛋白酶系統障礙，它通過抑制蛋白酶體活動和增加氧化蛋白來發揮神經毒性作用。魚藤酮還會導致線粒體形態和動力學的改變。此外，魚藤酮通過線粒體氧化應激途徑誘導多巴胺能神經元凋亡，誘發PD。Cathepsin L是重要的溶酶體半胱氨酸蛋白酶之一，負責降解錯誤折疊蛋白質和產生基本肽激素來維持細胞內穩態。溶酶體的溶解與壞死有關，有一部分更具選擇性的溶酶體膜穿孔后通過釋放Cathepsin L促進凋亡。所以，Cathepsin L可能參與了PD的進程。

2.?Ca在線粒體應激時的變化

已有實驗表明，胞漿Ca水平的改變導致了線粒體-核應激信號的出現，這可能是由于ATP和Ca的流出減少。RyR受體是鈣釋放通道，受咖啡因調控;IP3-1是閘門Ca通道，實驗結果顯示氧化應激伴隨的膜電位的下降引起胞漿內[Ca_]的上升，而RyR2和IP3-1的水平上調，進一步證實了鈣離子的外流。已有相關實驗證據顯示在線粒體應激狀態下，線粒體DNA（mtDNA）缺失的細胞中胞漿內Ca的濃度和Cathepsin L的水平都增高，提示兩者可能存在相關性。

3.組織蛋白酶L與Ca

近年的實驗結果表明具Ca特性的PKC的作用是通過結合到cathpsin L啟動子上的Egr-1介導的。Western blot分析表明經TCDD（一種環境毒素、致癌物質，能誘導線粒體障礙和應激信號）處理的C2C12細胞的Ca通道受體蛋白RyR1和cathpsin L水平上調，這兩種蛋白是常用的應激信號標志。它們的激活是應激誘導的細胞變化的標志，這是因為cathpsin L代表著腫瘤侵襲，RyR1代表著鈣穩態的調節。

4.線粒體自噬與自噬相關蛋白

線粒體自噬是Lemasters在2005年首次提出的，主要是指在ROS、營養缺乏、細胞衰老等刺激下，細胞內的線粒體發生去極化損傷，損傷的線粒體被特異性包裹進自噬體中，并與溶酶體（ lysosome，酵母中為液泡，vacuole） 融合，從而完成損傷線粒體的降解，維持細胞內環境的穩定。DJ-1、哺乳細胞線粒體外膜蛋白PINK1和胞質的Parkin 等，在線粒體自噬中起關鍵的作用。

有文章表明DJ-1的過表達增強魚藤酮誘導的自噬標記物：beclin-1和LC3II的表達。穿透式電子顯微鏡和共聚焦實驗顯示DJ-1增加了自噬的超微結構。DJ-1減輕魚藤酮誘導的MN9D細胞損傷，在魚藤酮誘導的多巴胺能細胞死亡的進程中增加自噬。在線粒體解偶聯劑處理達1天之久的培養細胞中，Parkin可以介導線粒體通過自噬而被選擇性清除。上述實驗證據提示，Parkin可以通過選擇性清除受損的線粒體而保護細胞器的質量。

5.自噬相關蛋白與Ca

Parkin是維持Ca穩態的重要因子，它的缺乏導致了PLC依賴性的胞漿內Ca水平的增加而使細胞更易受神經毒素的侵害。最近有實驗研究DJ-1敲除的小鼠骨骼肌細胞中DJ-1調節Ca穩態的作用，結果發現DJ-1的缺失導致靜息胞漿內Ca水平大幅度的增加，肌質網響應電刺激而減少Ca的釋放。結合前文所述關于Cathepsin L和Ca的關系，筆者設想是否可以通過抑制Cathepsin L而減少胞漿內Ca水平，從而增加Parkin、DJ-1等自噬蛋白的水平來調控線粒體自噬。

6.結論

受損的線粒體可通過線粒體自噬被清除以保證細胞內線粒體的質量，維持細胞穩態。線粒體自噬受各種調控分子的精細調節，包括DJ-1、PINK1和Parkin 等自噬蛋白，而Cathepsin L和自噬蛋白之間通過Ca加以聯系。線粒體自噬的異常與神經退行性疾病如PD等密切相關。但是，還需要更多的細節和量化的研究來探究Cathepsin L在線粒體自噬中的作用。隨著對線粒體自噬研究的深入，可能為PD等神經退行性疾病提供新的治療靶點。

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作者簡介：

徐舒青，女，碩士，藥師，研究方向：臨床藥學。