《iScience》：CK1δ-dependent SNAPIN dysregulation drives lysosomal failure in HIV-1 Vpr-exposed neurons: A targetable mechanism in HAND
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本刊推荐：为阐明HIV相关神经认知障碍（HAND）中溶酶体功能障碍的分子机制，研究人员聚焦HIV-1病毒蛋白R（Vpr）通过激活酪蛋白激酶1δ（CK1δ）磷酸化衔接蛋白SNAPIN（Ser50位点）的新通路。研究发现Vpr诱导的CK1δ-SNAPIN轴异常导致神经元溶酶体酸化障碍、线粒体自噬（mitophagy）受阻及蛋白聚集物累积，而CK1δ抑制剂LH846可逆转上述病理表型。该研究揭示了HAND神经退行性变的可靶向机制，为联合抗病毒治疗提供了新策略。
在高效抗逆转录病毒治疗（ART）广泛应用的今天，HIV感染者中仍有近40%人群遭受HIV相关神经认知障碍（HAND）的困扰。这种神经系统并发症表现为从无症状认知损害到痴呆等不同严重程度的症状，严重影响患者生活质量。令人困惑的是，即便外周血病毒载量已被抑制，HAND仍持续进展，提示存在独立于病毒复制的神经病理机制。近年来，溶酶体功能紊乱逐渐被视为神经退行性疾病的关键环节，其在阿尔茨海默病、帕金森病等疾病中的作用已被广泛证实，而在HAND中的机制仍待阐明。
HIV-1病毒蛋白R（Vpr）作为一种96个氨基酸组成的辅助蛋白，在长期接受ART治疗患者的脑脊液中仍可检测到。研究发现Vpr能够直接导致神经毒性，诱导线粒体功能障碍和氧化应激。更值得注意的是，Vpr最近被发现在溶酶体生物学中扮演重要角色——它能够损害溶酶体酸化功能，破坏其正常定位，导致α-突触核蛋白（SNCA）等底物积累，从而在HIV感染与神经退行性过程间建立潜在联系。然而，Vpr介导这些溶酶体功能异常的具体分子机制尚不明确。
针对这一科学问题，Temple大学Bassel E. Sawaya和Maryline Santerre研究团队在《iScience》上发表了最新研究成果。他们发现了一条全新的Vpr-CK1δ-SNAPIN信号轴，阐明了HIV-1 Vpr通过激活CK1δ激酶，磷酸化SNAPIN蛋白第50位丝氨酸（Ser50），进而破坏溶酶体运输和功能的分子机制。更重要的是，研究证明选择性CK1δ抑制剂LH846能够逆转Vpr引起的溶酶体功能障碍，为HAND的治疗提供了潜在靶点。
研究人员综合运用分子生物学、细胞成像和蛋白质组学技术，首先在SH-SY5Y来源的神经元模型中证实HIV-1 Vpr暴露导致溶酶体降解功能严重受损。通过共聚焦显微镜观察发现，Vpr处理后的神经元内脂质滴、线粒体残留物、淀粉样沉积物和α-突触核蛋白等多种底物在LAMP1阳性的溶酶体中异常积累。cathepsin（组织蛋白酶）活性检测进一步显示，Vpr加速了溶酶体内蛋白酶活性的下降，同时增加了胞质中的酶活性，表明溶酶体膜完整性受损和细胞内蛋白酶分布异常。
在机制探索方面，研究团队发现Vpr通过调控SNAPIN的翻译后修饰影响其功能。免疫共沉淀实验显示，Vpr暴露增加SNAPIN的丝氨酸磷酸化水平，同时降低其O-GlcNAcylation（O-连接N-乙酰葡糖胺化）修饰。通过系统突变SNAPIN的已知磷酸化位点，研究人员锁定Ser50为关键功能位点——磷酸模拟突变体S50D重现了Vpr引起的溶酶体核周聚集和运动性降低表型，而非磷酸化突变体S50A则能抵抗Vpr的破坏作用。
进一步的上游激酶筛选将目标锁定为CK1δ（casein kinase 1 delta）。研究发现Vpr能够上调神经元中CK1δ的表达，而CK1δ特异性抑制剂LH846则可有效恢复溶酶体正常分布。免疫荧光显示，Vpr引起SNAPIN在核周异常聚集并与LAMP1阳性溶酶体共定位，而LH846处理使SNAPIN重新弥散分布，减少其与溶酶体的异常关联。
功能挽救实验证实CK1δ抑制的 therapeutic potential（治疗潜力）。使用pH敏感型荧光报告基因pHluorin-mCherry-LC3检测溶酶体酸度，发现Vpr暴露导致溶酶体碱化（绿色/红色荧光比值升高），而LH846处理恢复酸度至近正常水平。在线粒体自噬方面，Vpr引起线粒体在LAMP1阳性区室内大量滞留，表明线粒体自噬过程受阻；LH846则显著减少线粒体-溶酶体共定位，恢复线粒体清除效率。
研究还通过HIV-1转基因大鼠模型进行体内验证。免疫组化显示，HIV-1转基因大鼠小脑Purkinje细胞（浦肯野细胞）和分子层中间神经元中出现SNAPIN的核周聚集和点状聚集，而对照大鼠中SNAPIN呈弥散分布。这一发现将细胞机制与HAND相关的运动协调障碍等临床表现联系起来，提示小脑神经元特别是高度极化、代谢需求旺盛的Purkinje细胞对溶酶体运输缺陷特别易感。
该研究的讨论部分深入分析了Vpr-CK1δ-SNAPIN轴在HAND神经退行性变中的重要意义。作者提出工作模型：Vpr通过上调CK1δ表达，引起SNAPIN Ser50位点过度磷酸化，破坏其与动力蛋白（dynein）马达复合物的结合，导致溶酶体逆向运输障碍。这种运输失败不仅造成溶酶体核周聚集，还解耦了溶酶体酸化与定位的正常关系——虽然聚集在核周，但这些溶酶体却失去酸性环境，导致组织蛋白酶（cathepsin）激活不完全和降解功能受损。
研究创新性地将CK1δ鉴定为Vpr毒性的关键效应分子和潜在治疗靶点。CK1δ作为 serine/threonine protein kinase（丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶），此前已知在阿尔茨海默病中通过调节tau蛋白磷酸化影响神经炎症和蛋白稳态，而本研究首次将其与HIV相关神经病理联系起来。更重要的是，使用临床可及的CK1δ抑制剂LH846成功逆转溶酶体功能异常，为开发针对HAND的联合治疗策略提供了实验依据。
该研究也存在一定局限性，如主要使用神经元细胞系进行机制研究，未能完全模拟体内神经网络和行为表现；结论依赖于药理学抑制而未进行CK1δ基因敲除验证；LH846的血脑屏障透过性和长期安全性仍需评估。未来研究需要在动物模型中验证CK1δ抑制对认知和运动功能的改善作用，并探索该通路在其他溶酶体相关神经退行性疾病中的普遍意义。
综上所述，这项研究揭示了HIV-1 Vpr通过CK1δ-SNAPIN信号轴破坏神经元溶酶体功能的新机制，为理解HAND的发病机制提供了重要见解，同时指明了靶向CK1δ恢复神经元降解功能的治疗方向。随着进一步研究的深入，这一发现可能为改善HIV感染者长期神经认知预后的干预策略开发奠定基础。
