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TBK1 在人类神经元中调控自噬和内溶酶体途径

《Autophagy》：TBK1 orchestrates autophagy and endo-lysosomal pathways in human neurons

【字体： 大 中 小 】 时间：2026年01月05日 来源：Autophagy 14.3

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　　TBK1通过调控选择性自噬相关蛋白（如OPTN、SQSTM1/p62）和晚期内溶体标记物RAB7A磷酸化，导致神经元形态异常和溶酶体功能障碍，揭示TBK1缺失引发神经退行性疾病的分子机制。

　　

摘要

TBK1的单倍不足会导致家族性肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD），但TBK1缺失导致神经退化的具体机制尚不清楚。通过深度蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学研究，我们发现TBK1调控特定的巨自噬/自噬相关因子，这些因子作用于货物受体和自噬起始因子，并且在干细胞及由干细胞衍生的兴奋性神经元中维持晚期内体标记物RAB7A的磷酸化状态。我们进一步发现了SQSTM1/p62这一关键自噬蛋白上的新TBK1依赖性磷酸化位点。TBK1功能的丧失会导致细胞自主的神经退行性表型，其特征是神经突起生长受损和溶酶体功能障碍。

TBK1（TANK结合激酶1）属于IKK相关激酶家族中的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。TBK1调控选择性自噬货物受体（如OPTN）的磷酸化，这些受体将泛素化的货物靶向吞噬体进行降解。除了自噬作用外，这种广泛表达的激酶还参与先天免疫、细胞凋亡和细胞增殖，并与自身免疫性疾病、青光眼及神经退行性病变有关。

全外显子测序研究发现，在家族性肌萎缩侧索硬化症（ALS）、额颞叶痴呆（FTD）及ALS-FTD合并症中存在有害的TBK1功能丧失变异。这些疾病相关编码变异分布于蛋白质的N端激酶结构域和C端卷曲螺旋蛋白-蛋白相互作用结构域。这强烈表明TBK1的单倍不足会导致神经元功能障碍和细胞死亡。有趣的是，其他与自噬相关的基因（如SQSTM1、OPTN、C9orf72、CHMP2B和UBQLN2）的变异也与罕见形式的ALS相关。

以往对TBK1的研究主要使用细胞系和小鼠模型，而其在人类神经元中的功能尚未得到全面探讨。我们的研究[引用1]在基础条件下，即在不存在溶酶体抑制剂和线粒体毒素的情况下，检测了内源性TBK1在同源诱导多能干细胞（iPSCs）及iPSC衍生的兴奋性神经元中的功能。通过无偏蛋白质组学分析，我们明确了TBK1部分或完全丧失，或OPTN功能丧失对自噬蛋白的影响。

TBK1在神经元中的作用靶点是什么？

尽管已验证的TBK1底物的氨基酸保守序列尚未明确界定，但我们观察到TBK1功能丧失对带有亮氨酸（SL或SSL基序，偶尔还有SI基序）的磷酸丝氨酸残基的影响最为显著。我们的蛋白质组学分析证实了TBK1对已知自噬相关底物（如OPTN中的丝氨酸177位点）的磷酸化作用，进一步验证了我们的磷酸化蛋白质组学方法。此外，我们还在以前未与TBK1关联的蛋白质上发现了新的TBK1磷酸化位点（）。

图1. TBK1在iPSC衍生的兴奋性神经元中的主要作用靶点示意图。在TBK1敲除神经元中，选择性自噬货物受体（SACRs）、自噬机制蛋白、Atg8同源物以及内体-溶酶体蛋白的磷酸化发生改变。下方面板展示了代表性SACRs（SQSTM1/p62、OPTN和TAX1BP1）的蛋白质结构域，其中TBK1作用的磷酸丝氨酸以红色标示。

图1. tbk1在ipsc衍生的兴奋性神经元中的主要作用靶点示意图。在tbk1敲除神经元中，选择性自噬货物受体（sacrs）、自噬机制蛋白、atg8同源物以及内体-溶酶体蛋白的磷酸化发生改变。下方面板展示了代表性sacrs（sqstm1/p62、optn和tax1bp1）的蛋白质结构域，其中tbk1作用的磷酸丝氨酸以红色标示。</a><div><button>显示全尺寸</button></div></p><p>sqstm1/p62（sequestosome 1）是研究最广泛的自噬相关蛋白之一，其水平常用于评估自噬通量。csnk2/ck2（酪蛋白激酶2）、ulk1和tbk1对其泛素结合结构域（uba）中丝氨酸403位点的磷酸化可调节其与泛素化货物的相互作用。我们的磷酸化蛋白质组学研究还发现了其lc3相互作用区域（lir）与uba结构域之间未表征区域内的其他磷酸丝氨酸残基，以及keap1相互作用区域/kir（aa 347–352）附近的磷酸化位点。我们发现，无论是在干细胞还是神经元中，s355及其相邻的s365/s366位点的磷酸化都高度依赖于tbk1的激酶活性。这为进一步研究提供了可能，以确定该未结构化区域的磷酸化是否影响sqstm1与atg8家族成员或其他自噬机制组分的相互作用、寡聚化过程（包括纤维状生物分子的形成）或其他功能。值得注意的是，同样与自噬相关的货物受体nbr1也表现出类似的现象。nbr1的c端sl基序（s656）的磷酸化也依赖于tbk1。针对sqstm1和nbr1中这些新位点开发的特异性磷酸化抗体可能有助于标记相分离的sqstm1/p62聚集体。</p><p>选择性自噬货物受体tax1bp1和ncoa4调节铁蛋白吞噬。我们在神经元中发现，tax1bp1和ncoa4的铁硫簇结构域中存在tbk1依赖性的磷酸丝氨酸残基，这些残基对感知细胞内铁离子至关重要。这提示tbk1可能通过调控铁蛋白的溶酶体代谢来发挥作用，值得进一步研究。</p><p>此外，我们观察到tbk1的缺失会影响其他自噬因子的磷酸化，包括rb1cc1/fip200和atg9a。在atg8家族蛋白中，tbk1的缺失会显著降低gabarapl2的磷酸化水平。这表明gabarapl2可能更依赖于tbk1介导的选择性自噬，类似于lc3b在经典巨自噬中的作用。相比之下，optn的缺失通常不会模仿tbk1缺失对磷酸蛋白质组的影响。</p></div><div><h2>tbk1在神经元中的相互作用伙伴有哪些？</h2><p>我们还研究了tbk1在兴奋性神经元中的相互作用蛋白。通过亲和纯化结合质谱（ap-ms）技术，我们证实内源性tbk1与三种主要适配蛋白azi2/nap1、tank和tbkbp1/sintbad在神经元中存在相互作用。此外，我们的全局蛋白质组学数据显示，tbk1的完全缺失会适度降低这些适配蛋白在神经元中的表达水平，但不影响相应的转录本，这表明与tbk1的结合有助于维持它们的稳定性。我们还确定了azi2、tank和tbkbp1中依赖于tbk1存在的特定磷酸丝氨酸残基。进一步的研究将有助于了解这些适配蛋白对选择性自噬的贡献，例如它们是否将tbk1同源二聚体招募到特定细胞区室，或促进tbk1与特定底物的结合。</p></div><div><h2>tbk1功能丧失如何影响兴奋性神经元？</h2><p>我们还探讨了tbk1功能完全丧失是否足以影响神经元功能。tbk1敲除神经元表现出异常的形态特征，其神经突起的长度和复杂性低于同源对照神经元。此外，tbk1的缺失还导致溶酶体活性失调。与此一致的是，我们观察到tbk1的缺失会显著降低神经元中关键晚期内体标记物rab7a的磷酸化水平。</p><p>总体而言，我们的研究全面揭示了tbk1如何调控内体-溶酶体通路，并加深了我们对tbk1功能下降如何影响蛋白质稳态及导致神经功能障碍的理解。新的tbk1依赖性磷酸化位点可作为选择性自噬的精确标志物，为als及其他tbk1相关疾病的治疗药物开发提供指导。</p></div><div><h2>数据可用性声明</h2><p>本研究未呈现原始数据，读者可参考下方文献。</p></div></div> id=
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