SNX8可促进溶酶体重组并逆转溶酶体贮积症

研究背景

溶酶体贮积症(Lysosomal Storage Disease，LSD) 是一组遗传性代谢疾病，是由于基因突变致溶酶体中有关酸性水解酶缺陷，导致机体中相应的生物大分子不能正常降解而在溶酶体中贮积，从而引起细胞组织器官功能的障碍。

该疾病具有的共同表型包括溶酶体肥大和缺陷的溶酶体贮积。尽管已经研发了基因治疗和酶替代疗法，但都是针对特定亚型的LSDs，因此，尚未找到有效的广谱型治疗去对抗LSDs。

文献来源

浙江大学冯新华团队在 Nature Communications 发表题为"SNX8 enables lysosome reformation and reverses lysosomal storage disorder"的研究论文

研究表明在蛋白酶体重组过程中，分拣核心蛋白SNX8促进溶酶体管状化，并且SNX8的缺失会导致LSDs表型特征，反之，过表达SNX8可挽救LSDs特征。此外，通过筛选天然化合物文库还鉴定了3种小分子，它们可增强SNX8-溶酶体结合并逆转人类细胞和小鼠中的LSD表型，这为LSDs的治疗提供了潜在的解决方案。

项目研究

首先，研究人员探索了SNX-BAR蛋白是否参与溶酶体的管状化。结果表明，只有SNX2和SNX8与溶酶体标志物(LAMP1)显著共定位(图1A、B)；在长时间血清饥饿状态下触发溶酶体重组，SNX2和SNX8均定位于管状溶酶体结构上(图1D)；

为了研究SNX 2和SNX 8是否是溶酶体滋养所必需的，构建了KO敲除细胞系，SNX 2-KO细胞显示溶酶体微管变化不显著，与SNX 8 KO相比，SNX 2/SNX 8-DKO进一步抑制溶酶体微管。以上数据表明，SNX8可能是负责溶酶体管状化的主要蛋白。

图1 分选蛋白nexin2/8参与溶酶体管化

据报道，抑制溶酶体重组会导致溶酶体增大。SNX8KO的溶酶体体积增大，SNX2/SNX8 DKO后溶酶体体积进一步扩大。进一步展开研究SNX 8调节溶酶体微管的机制，通过co-IP实验结果表明，SNX8与LAMP1或至少与LAMP1阳性的溶酶体相互作用。

已知SNX蛋白结合磷酸肌苷以实现其膜靶向，PIP Strip分析显示，SNX8可结合磷酸肌肽PI(5)P和PI(3,5)P2被募集到溶酶体上。将10 μM SNX8蛋白作用于纯化的溶酶体时，SNX8诱导形成直径在50-100nm之间的光滑管状结构，当SNX8- K135A（磷酸肌醇结合残基）蛋白只能形成扭曲形状的较薄管状结构(图2F)。说明SNX8可以通过与PI(5)P或PI(3,5)P2的相互作用被招募到溶酶体中，并管化溶酶体。

图2 SNX8与溶酶体结合并管化溶酶体

溶酶体重组被证明是至关重要的功能性溶酶体的稳态。溶酶体重组的破坏显示与溶酶体贮积症表型相关。于是在SNX8-KO和SNX2/8-DKO细胞中检查了LSD特征。结果显示，SNX8-KO和SNX2/8-DKO细胞表现出溶酶体体积增大，溶酶体胆固醇蓄积，有缺陷的逆行转运，溶酶体管壁减少，和在重复饥饿下的较低存活力等。进一步研究显示SNX8过表达能够有效挽救或显著减少LSD表型。

图3 SNX8-KO和SNX2/8-DKO表现LDS样特征

图4 SNX8过表达挽救LSD模型细胞中的LSD表型

为了评估SNX8在LSD治疗方向的潜力，研究人员利用了Hexb−/−小鼠中分离的真皮成纤维细胞，具有与HEXA-KOHeLa细胞类似的LSD表型。通过SNX8过表达显著抑制了Hexb−/−成纤维细胞的LSD表型。将SNX8过表达腺相关病毒（AAV）或对照病毒AAV- GFP注射到Hexb - / -小鼠的大脑中。切片结果显示，SNX8过表达成功地挽救了Hexb−/−小鼠中GM2神经节苷脂的储存和NeuN+神经元的损伤。Hexb−/−小鼠表现出肌肉减弱和身体平衡受损，SNX8过表达则完全挽救了肌肉无力，并显著恢复了身体平衡/肌肉耐力。上述结果将有利于SNX8作为LSD治疗靶点的潜在应用。

图5 SNX8过表达能够拯救Hexb−/−原代小鼠成纤维细胞和动物的LSD表型

研究人员使用TargetMol提供的天然化合物文库筛选到3种用于LSD治疗的潜在SNX8依赖性药物小分子，即Elemicin、异补骨脂素和Morroniside，它们可以减少LSD表型。但这些分子未能逆转SNX8-KO细胞中的LSD表型，这表明这些分子以SNX8依赖的方式改善了LSD表型。紧接着，测试了小分子在小鼠体内的有效性。由于这三种分子的行为相似，作者选择了用Elemicin用于Hexb−/−小鼠疾病治疗。Elemicin显著抑制了Hexb−/−小鼠成纤维细胞中LSD表型，降低了GM2储存并恢复了NeuN+神经元。因此，榄香素完全恢复了Hexb−/−小鼠的肌肉无力。这些结果表明，榄香素可以作为一种潜在的抗LSD药物。

图6 Elemicin抑制LSD模型细胞和Hexb-/-小鼠成纤维细胞的表型

图7 Elemicin减少Hexb−/−小鼠的神经系统LSD表型

研究结论

本研究结果表明溶酶体小管的形成需要SNX8，以及较小程度上还需要SNX2。缺失SNX8或SNX2/SNX8会诱发LSD表型，而SNX8的过表达可以在LSD模型细胞系和小鼠模型中拯救LSD表型。此外，研究人员还发现了几种能通过上调SNX8减轻LSD表型的小分子。这些研究结果可能为LSD患者提供潜在的广谱疗法。

原文下载：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46705-x

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