卵黃蛋白原（ Vitellogenin, VIT ）是載脂蛋白卵黃蛋白的前體，廣泛存在于卵生動物中。 VIT 在體細胞中合成，經體液循環系統運輸至生殖系統，為胚胎發育提供營養。在人類中，其同源蛋白 apoB-100 （ apolipoprotein B-100 ）是組裝低密度脂蛋白（ low density lipoprotein ， LDL ）和極低密度脂蛋白 (very low density lipoprotein ， VLDL) 的骨架蛋白，負責將肝臟合成的脂類通過血液轉運至全身。 ApoB-100 功能異常與動脈粥樣硬化、脂肪肝等疾病密切相關。因此，深入理解 VIT 的分泌機制不僅有助于揭示秀麗隱桿線蟲（ Caenorhabditis elegans ）母體與子代間的資源分配策略，也能為哺乳動物脂蛋白分泌機制提供理論參考。盡管早在四十多年前就已發現，線蟲的腸道合成 VIT 并將其分泌到假體腔中，但腸道分泌 VIT 的具體途徑未被完全闡明。

近日，北京生命科學研究所 / 清華大學生物醫學交叉研究院董夢秋團隊在Life Metabolism期刊發表題為RME-1-associated recycling endosomes participate in vitellogenin secretion inCaenorhabditis elegans的研究論文。

論文發現，VIT的分泌不僅依賴經典分泌途徑，還依賴循環內體（ recycling endosome ， RE ）。VIT在腸道的粗面內質網（ rough ER ）中合成，后被轉運至高爾基體（ Golgi apparatus ），經高爾基體網絡（ trans-Golgi network, TGN ）運出。從這里運出的滿載 VIT 的膜泡一部分直接被發往腸道細胞基底側，與那里的質膜融合后將 VIT 卸貨到假體腔中，另一部分則被發往循環內體，然后再分泌到假體腔中。本研究還發現循環內體的標志性功能蛋白 RME-1 緊鄰卵黃蛋白原膜泡（ VIT-containing Vesicle, VV ），此分布模式依賴于內吞循環途徑中 RME-1 上游調控因子 RAB-10 。 RAB-10 還介導 VV 從腸頂端向基底側的定向運輸。本研究揭示了循環內體既參與新合成 VIT 的分泌，又參與內吞來源的卵黃蛋白的重新分泌，即將腸道細胞從假體腔中回收來的卵黃蛋白再送回假體腔（ Fi g. 1 ）。類似機制在 apoB-100 相關研究中未見報道，或可為研究哺乳動物載脂蛋白的分泌途徑提供思路。

Figure 1.Graphic summary: both the conventional secretion pathway and REs are required for VIT secretion in C. elegans intestine.

研究人員對 79 個囊泡運輸相關的基因進行 RNAi 篩選，發現單一地敲低其中 35 個基因會導致 VIT-2::GFP 在 線蟲 腸道中積累。根據這些基因的功能，作者推測經典分泌途徑與循環內體共同調節 VIT 的分泌。免疫電鏡實驗驗證了 VIT 在腸道細胞粗面內質網中合成，其輸出依賴于內質網出口位點（ ER exit site ）蛋白（包括 SFT-4 ， SEC-13 ， SEC-23 和 TNGL-1 等）的表達；隨后 COPII 囊泡將 VIT 轉運至高爾基體中。敲降高爾基體內部轉運相關基因會導致 VIT-2::GFP 在腸道細胞中積累。 VIT 出 TGN 后被包裹在分泌囊泡中，分泌囊泡通過外泌體復合物與質膜融合完成分泌。這些結果說明經典分泌途徑介導 VIT 的分泌（ Fig. 2 ）。

Figure 2. Silencing genes involved in the conventional secretion pathway led to VIT-2::GFP accumulation in the intestine.

研究者還發現敲降 rab-10 （促進早期內體成熟為循環內體）、 rme-1 （促進循環內體形成管狀結構，介導內吞物轉運至細胞膜）等調控腸道基底側內吞循環相關的基因會導致 VIT-2::GFP 在腸道中積累。此外，敲降參與 TGN 到循環內體運輸的相關基因（如 chc-1 、 smap-1 、 apt-9 ）同樣使 VIT-2::GFP 在腸道中積累。這些結果表明循環內體也參與 VIT 的分泌（ Fig. 3 ）。

Figure 3. Disruption of recycling endosome-related genes led to VIT-2::GFP accumulation in the intestine.

為進一步驗證循環內體在 VIT 分泌中的作用，研究者敲降了 rme-1 ，發現線蟲腸道內出現大量膨大的循環內體，其中既有彌散的低亮度 VIT-2::GFP 信號，也有聚集成液滴狀的高亮度 VIT-2::GFP 信號。免疫電鏡證實，這些循環內體具有單層生物膜（磷脂雙分子層），而內部的 VIT 液滴無膜包裹。膨大循環內體中的液滴狀結構能夠被靶向 VIT-1/2 的膠體金顆粒標記，其標記密度與 VV 內含物的標記密度無顯著差異（ Fig. 4 ）。進一步實驗表明，同時敲降 rme-1 和內吞相關基因（如 dyn-1 、 rab-5 、 dlc-1 等）可顯著減少含有 VIT-2::GFP 的膨大循環內體的個數，說明循環內體中的 VIT 至少部分來源于假體腔中的卵黃蛋白。此外，在敲降 rme-1 的同時再敲降參與 ERES 組裝的基因或參與從 TGN 到循環內體轉運相關的基因，也可顯著減少含有 VIT-2::GFP 的膨大循環內體的個數，說明至少有一部分新合成的 VIT 被運送到循環內體中。

研究還發現， RME-1::RFP 定位于 VIT-2::GFP 標記的卵黃蛋白原膜泡（ VV ）外圍。每個 VV 至少與一個 RME-1::RFP 熒光點毗鄰，反之每一個 RME-1::RFP 熒光點至少毗鄰一個 VV 。鑒于 RME-1 是循環內體的標志蛋白，此結果暗示著 VV 與循環內體緊密地定位。此外，內吞循環途徑中 RME-1 上游調節因子 RAB-10 缺失會使腸道內的 VV 數目顯著增加，且更多的 VV 和 VIT-2::GFP 分布在腸道頂端一側，表明 RAB-10 促進 VV 從腸道頂端向基底側運輸。值得注意的是， RAB-10 缺失會破壞 RME-1 在 VV 外圍的定位，并逆轉 RME-1::RFP 和 VV 在腸道的極性分布，證實 RAB-10 是 RME-1 定位及功能發揮的必要條件。

最后，本研究通過組織特異性 RNAi 實驗證實，線蟲腸道中 VIT-2::GFP 的積累表型由腸道細胞自主性調控。共聚焦實驗顯示，生殖腺特異性 RNAi 經典分泌途徑或內吞循環相關基因雖會導致假體腔卵黃蛋白積累，但未引起 VIT-2::GFP 積累在腸道中的表型；而腸道特異性 RNAi 同樣的基因則可重現 VIT-2::GFP 在腸道中積累的表型。該結果排除了假體腔卵黃蛋白積累對腸道 VIT 積累表型的間接影響。

總之，這項工作系統闡述了線蟲腸道分泌VIT的機制，揭示了經典分泌途徑和循環內體協同調控VIT的分泌，或可為探索哺乳動物脂蛋白（尤其是apoB-100）的分泌途徑提供線索。

https://academic.oup.com/lifemeta/advance-article/doi/10.1093/lifemeta/loaf026/8177094

制版人：十一

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