伴侣蛋白介导的自噬：年龄相关性黄斑变性过程中视网膜色素上皮的“阿喀琉斯之踵”

《Autophagy》：Chaperone-mediated autophagy: the Achilles heel of the retinal pigment epithelium during age-related macular degeneration

CMA在AMD早期RPE中特异性缺陷并驱动疾病进展，通过iPSC-RPE模型和新型CMA激活剂CA77.1验证了CMA恢复可改善代谢和抗氧化功能。

　　

摘要

伴侣蛋白介导的自噬（Chaperone-mediated autophagy，简称CMA）是一种选择性的自噬途径，它针对含有KFERQ样基序的特定蛋白质进行溶酶体降解。我们和其他研究者已经发现，在大多数组织中，随着生理年龄的增长，CMA活性会下降，而其功能障碍与年龄相关疾病的发病率增加有关，例如心血管疾病、神经退行性疾病或肌肉减少症。然而，CMA在年龄相关性黄斑变性（Age-related macular degeneration，简称AMD）中的作用尚未得到研究。AMD是一种常见的进行性黄斑病变，会导致双侧中央视力丧失。在AMD的早期阶段，视网膜色素上皮（Retinal pigment epithelium，简称RPE）这一为感光细胞提供营养支持的单层细胞已经出现了显著的形态和功能改变，但这种细胞类型特异性的脆弱性的原因尚不清楚。在我们的最新研究中，我们分析了人类捐赠者的RPE样本，发现与健康捐赠者相比，AMD患者的RPE中CMA活性受到选择性抑制。这些变化导致未降解的CMA底物积累以及其他蛋白质的过早回收。重要的是，这些发现也在由捐赠者衍生的诱导多能干细胞（iPSC）构建的RPE模型中得到了验证。我们利用这一具有临床意义的模型来评估CMA功能障碍对AMD的影响，发现它会导致蛋白质毒性、氧化损伤增加以及代谢紊乱。最重要的是，通过使用新一代CMA激活剂CA77.1，我们恢复了AMD iPSC-RPE中的蛋白质稳态。我们的发现揭示了RPE在AMD中的选择性脆弱性，并为将CMA作为治疗AMD的新靶点提供了证据。

关键词：

• 年龄相关性黄斑变性
• 伴侣蛋白介导的自噬
• 氧化应激
• 蛋白质稳态
• 视网膜色素上皮

哺乳动物的自噬包括三种主要途径，它们在底物和溶酶体摄取途径上有所不同：巨自噬（macroautophagy）、微自噬（microautophagy）和伴侣蛋白介导的自噬（CMA）。虽然巨自噬和微自噬也可以降解细胞器和脂质等物质，但CMA专门降解含有KFERQ样基序的蛋白质。KFERQ样基序由一个或两个正电荷残基（K、R）、一个或两个疏水残基（F、L、I、V）以及一个负电荷残基（E、D）组成，两侧各有一个谷氨酰胺（Q）。此外，KFERQ样基序还可以通过翻译后修饰（磷酸化、乙酰化）产生，或者通过泛素化进行调节。底物由伴侣蛋白HSPA8/HSC70识别，并通过与其结合的LAMP2A转运到溶酶体膜。这一过程触发LAMP2A的多聚化，形成转运复合物，帮助底物蛋白进入溶酶体腔内。酸水解酶会分解蛋白质，产生的氨基酸会被送回细胞质以参与合成代谢反应。CMA不仅通过清除受损或多余的蛋白质发挥重要的维护作用，还通过及时和情境依赖的方式降解参与这些过程的效应蛋白，从而调控细胞代谢（如糖酵解、脂质代谢或细胞周期）等关键过程。

我们团队和其他研究者之前已经发现，在年龄相关性黄斑变性（AMD）的晚期阶段，视网膜色素上皮（RPE）和神经视网膜中巨自噬和微自噬功能都会受损。多种遗传因素（如CFH^Y402H [rs10490924]和ARMS2^A69S [rs1061170]变异）和环境因素（如吸烟、饮食）都与AMD发病风险增加有关。RPE为相邻的感光细胞提供功能和营养支持，在AMD早期阶段就出现了代谢和功能改变。我们假设RPE中CMA的细胞类型特异性下调可能是该组织在AMD早期选择性退化的原因，并可能成为疾病进展的转折点。

利用公开的人类单细胞和批量RNA-seq数据，我们发现AMD患者的RPE中CMA活性显著下降，这是通过计算CMA相关基因表达的加权平均值来推断的。重要的是，神经视网膜-RPE-脉络膜界面中的其他细胞类型并未显示出类似的改变。我们还对早期AMD捐赠者的RPE进行了蛋白质组学分析，发现其中积累了含有KFERQ样基序的蛋白质，并且CMA底物富集。在分子水平上，我们观察到AMD患者的RPE中LAMP2A和HSPA8/HSC70的蛋白水平降低，这两种蛋白是CMA的关键效应因子。

为了进一步研究CMA功能障碍对AMD中RPE退化的影晌，我们从健康和AMD捐赠者的结膜细胞中建立了iPSC-RPE细胞系。该模型使我们能够研究每个捐赠者的特定遗传组成对CMA和蛋白质稳态的影响。结果发现，AMD捐赠者的iPSC-RPE中CMA活性同样下降，LAMP2A蛋白水平降低，蛋白质毒性增加。为了研究这一途径的功能，我们使用了KFERQ-Dendra报告基因来监测外源性CMA底物的溶酶体摄取情况。我们确认AMD捐赠者的CMA活性降低，但有趣的是，它们在血清去除后仍能激活该途径。CMA底物具有细胞类型特异性，以适应不同组织及其微环境的特定需求。通过通量蛋白质组学分析，我们发现了健康和AMD iPSC-RPE中参与CMA的底物。例如，健康iPSC-RPE利用CMA降解糖酵解酶（如HK2 [己糖激酶2]），而AMD iPSC-RPE则利用它来回收参与脂肪酸代谢和铁死亡（ferroptosis）的蛋白质（如SQLE [角鲨烯环氧酶]或ACSL4 [长链酰基辅酶A合成酶4]）。

最近，我们开发了一类新型小分子，它们通过抑制该途径的转录抑制因子来选择性激活CMA。其中，CA77.1在不同细胞类型中都能强烈激活CMA，具有非常理想的药代动力学特性，并能穿过血脑屏障和血视网膜屏障。我们证明CA77.1可以在iPSC-RPE中诱导CMA并修复AMD捐赠者细胞中的蛋白质稳态缺陷。最重要的是，CA77.1治疗可以改善线粒体功能障碍，增强NFE2L2/NRF2介导的抗氧化反应，并减少AMD细胞中的氧化损伤（图1）。

图1. 视网膜色素上皮（RPE）中伴侣蛋白介导的自噬（CMA）功能障碍会破坏稳态并促进年龄相关性黄斑变性（AMD）的发生。在AMD患者的RPE中上调CMA可以逆转蛋白质毒性并改善代谢功能。图表由BioRender.com制作。

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总之，我们确定了CMA功能障碍是AMD早期阶段RPE特有的改变，并将其视为疾病进展的主要驱动因素[参考文献1]。使用人类捐赠者组织和由捐赠者衍生的iPSC-RPE细胞系，以及新型且安全的CMA激活剂（CA77.1），突显了我们工作的转化潜力。此外，CMA对RPE稳态的贡献值得在生理衰老和其他疾病（如遗传性Stargardt病或某些类型的视网膜色素变性）的背景下进一步研究。

数据可用性声明

本文未提供原始数据。审稿稿件中的原始数据可在BioStudies（S-SCDT-10_1038-S44321-025-00329-w）中获取。批量和靶向蛋白质组学数据已上传至ProteomeXchange（PXD051893）。更多信息和资源可从相应作者处获得。