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这篇综述揭示了一项重要发现：电压门控质子通道(Hv1)并非独立工作，而是与淀粉样前体蛋白(APP)或其跨膜片段C99在小胶质细胞中组装成复合物。APP作为辅助亚基，显著增强Hv1的活性，改变其门控动力学和药理学特性，从而放大炎症介质的释放。尤为关键的是，与阿尔茨海默病相关的APP突变会进一步加剧Hv1功能，这为理解遗传风险因素如何通过驱动神经炎症导致疾病提供了新机制，并将APP-Hv1确立为一个极具潜力的神经炎症性疾病治疗新靶点。
引言
电压门控质子通道 (Hv1) 是调节细胞质子的关键膜蛋白，它能将质子挤出细胞，从而调节细胞内pH值和膜电位。Hv1广泛表达于先天和适应性免疫细胞中，尤其在吞噬细胞如中性粒细胞和小胶质细胞中发挥核心作用。在吞噬细胞中，Hv1通过为NADPH氧化酶 (NOX) 提供电荷补偿和维持pH稳态，来支持“呼吸爆发”，从而持续产生清除病原体所需的活性氧 (ROS)。然而，Hv1活性失调也会加剧炎症反应和组织损伤。本综述聚焦于小胶质细胞中的Hv1通道及其新近发现的、被淀粉样前体蛋白 (APP) 和C99作为辅助蛋白进行的调控机制。
Hv1是多种小胶质细胞功能的关键调节因子
利用Hv1基因敲除小鼠的研究揭示了Hv1通道在小胶质细胞生理学中扮演的多重、相互关联的角色，具体可归纳为十点功能，如该图所示：2+ influx, and biases microglia toward a pro-inflammatory phenotype characterized by elevated cytokines and nitric oxide release. These Hv1-driven alterations activate downstream redox signaling and HIF-1α pathways, restrict microglial migratory capacity, impair mitochondrial integrity and energy metabolism, and ultimately reduce phagocytic clearance. Collectively, these Hv1-regulated mechanisms synergistically exacerbate neuroinflammation and neuronal injury in CNS disorders. The boxed cartoon illustrates Hv1 and APP subunits in a cell membrane.">。这些功能包括：1) 通过维持NOX活性来增强ROS的产生；2) 排出质子以防止胞质酸化，在呼吸爆发期间维持近中性的细胞内pH值，同时酸化细胞外环境，后者可刺激神经元酸敏感离子通道，加剧神经毒性；3) 在去极化期间提供电荷补偿以稳定膜电位，促进超极化并增加Ca2+内流；4) 促进小胶质细胞向促炎 (M1) 表型极化，而Hv1缺失则使小胶质细胞偏向抗炎 (M2) 表型；5) 与炎症介质 (如TNF-α, IL-1β, IL-6和一氧化氮) 产量升高相关；6) 通过维持ROS产生，增强对氧化还原敏感的核因子κB (NF-κB)、丝裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 和磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B (PI3K/AKT) 信号通路，并激活NLRP3炎症小体，从而促进促炎基因转录；7) 与增强缺氧诱导因子-1α (HIF-1α) 信号传导相关，进而促进代谢向有氧糖酵解转变，支持小胶质细胞激活期间持续的炎症基因表达；8) 限制小胶质细胞迁移，从而减少其在神经元损伤部位的聚集；9) 破坏小胶质细胞线粒体功能，导致ATP生成减少和线粒体自噬缺陷；10) 削弱小胶质细胞的吞噬作用，限制其在神经退行性条件下对病理性tau蛋白聚集体的清除。
通过上述机制的协同作用，小胶质细胞中的Hv1增强了炎症反应并加剧神经元损伤。值得注意的是，过度活跃的小胶质细胞Hv1与多种中枢神经系统炎症性疾病相关，包括缺血性中风、脊髓损伤、神经性疼痛、多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化症 (ALS)、帕金森病和阿尔茨海默病 (AD)。这些发现确立了Hv1作为小胶质细胞激活的关键调节因子，并凸显了其作为神经炎症性疾病潜在治疗靶点的重要性。
淀粉样前体蛋白是Hv1通道的辅助亚基
长期以来，人类Hv1通道被认为是同源二聚体。然而，在天然细胞中，Hv1的电生理特性常与异源表达系统 (如HEK293T细胞) 中观察到的有所不同。例如，在pHo=7.5、pHin=6.0条件下，异源表达的Hv1半数最大激活电压 (V?) 为+28 mV，而人中性粒细胞、人诱导多能干细胞 (iPSC) 来源的小胶质细胞 (iMG) 和人精子中天然Hv1的V?值各不相同，分别为+42 mV、+14 mV和+15 mV。这些差异提示，Hv1可能与组织特异性的辅助亚基结合，从而调节其电压依赖性门控。
研究证实，小胶质细胞中的Hv1受到一个辅助蛋白的调控，即淀粉样前体蛋白 (APP)。APP是一种在脑内广泛表达 (包括小胶质细胞) 的跨膜蛋白，因其与阿尔茨海默病 (AD) 的关联而广为人知。APP可被切割产生C端99个残基的片段 (C99) 以及更小的β-淀粉样蛋白 (Aβ) 肽段。研究发现，APP及其跨膜片段C99直接与Hv1在小胶质细胞中结合，从而产生在天然细胞中观察到的通道功能。
在人类iMG中，通过RNA干扰技术降低APP表达，发现Hv1介导的质子电流减少了60%，且Hv1激活的V?正向移动了+9 mV，使其特性更接近HEK293T细胞中的Hv1 (见下图中a部分所示)，说明APP耗尽使得Hv1更难被激活。此外，APP敲低 (KD) 还会减弱小胶质细胞的呼吸爆发。当用LPS刺激时，APP缺陷的小胶质细胞释放的促炎细胞因子 (如TNF-α降低约47%) 和ROS (减少约31%) 水平低于对照组 (见下图中b, c部分所示)。。
为了解析调控机制，研究者在HEK293T细胞中重建了Hv1-APP相互作用。当与Hv1共表达时，APP使质子电流幅度增加了约一倍，并使Hv1激活的V?负向移动了-8 mV (见上图中e部分所示)。共表达还使通道的开放动力学加快了2.3倍，关闭速度减缓了1.3倍，这与APP稳定Hv1于开放构象的观察一致。有趣的是，APP的C99片段比全长APP产生更显著的效果，这意味着跨膜结构域含有调节Hv1所需的关键元件，而非胞外域的671个残基 (见上图中d部分所示)。
APP结合的另一个后果是改变了Hv1的药理学特性。与APP或其C99片段组装的Hv1通道对肽类抑制剂C6的敏感性显著降低，对非特异性阻断剂Zn2+的抑制作用也分别减弱了约2.8倍和3.5倍。这提示APP可能空间上阻碍抑制剂接近Hv1，或诱导通道形成抑制剂亲和力降低的构象。通过免疫共沉淀和全内反射荧光显微镜 (TIRFm) 技术，直接证实了Hv1与APP/C99在物理上存在相互作用 (见上图中f部分所示)。
尤为重要的是，位于APP C99区域的两个与家族性AD相关的致病突变 (E682K Leuven突变和D694N Iowa突变) 进一步改变了Hv1活性。与野生型片段引起的-13 mV移动相比，这两个突变分别使Hv1激活的V?负向移动了-21 mV和-18 mV，并增强了Hv1电流 (见上图中e部分所示)。这些变化并非源于Hv1通道表面表达量的差异，表明突变改变了完整通道复合物的功能。这些发现支持了与AD相关的APP突变通过驱动小胶质细胞Hv1的过度激活来加剧神经炎症的观点，为AD相关遗传因素与大脑免疫功能障碍之间的潜在机制联系提供了线索。
Hv1-淀粉样前体蛋白相互作用的意义
曾被认为是神经元淀粉样蛋白前体的APP，现已被认为是小胶质细胞生物学的重要调节因子。在中枢神经系统损伤或免疫激活后，小胶质细胞中的APP表达增加，使其成为大脑中炎症相关的急性期蛋白标志物。激活的小胶质细胞被认为是APP主要的非神经元来源之一，再次将该分子置于先天免疫与神经退行性变的关键界面上。
APP及其蛋白水解片段 (包括可溶性APPα和Aβ肽) 调控许多小胶质细胞功能。在炎症条件下，APP常作为促炎信号发挥作用。例如，分泌的APPα和聚集的Aβ可激活小胶质细胞释放细胞因子 (如TNF-α和IL-1β)、诱导一氧化氮生成并增加ROS释放。在细胞表面，APP作为受体或共受体，触发涉及JNK/p38 MAPK和NF-κB的细胞内通路，从而放大炎症基因的表达。此外，APP是小胶质细胞对LPS等刺激产生充分反应所必需的，有效地设定了先天免疫激活的“增益”。
APP是Hv1相关亚基的发现，为理解健康和疾病状态下小胶质细胞的激活提供了新视角。它表明，APP在小胶质细胞中表现的促炎效应，可能至少部分是通过其增强Hv1通道活性来介导的。这一机制有助于解释先前在AD模型中的观察，即APP的基因敲除改善了预后并减轻了神经炎症。研究表明，APP–Hv1相互作用增强了小胶质细胞的炎症行为，而AD相关的APP突变进一步加剧了这种作用，这促使我们认为，过度的质子通道活性是导致神经退行性变的重要因素之一。
结语
Hv1通道已成为调节小胶质细胞功能和神经炎症的关键因子。其活性受到一种与神经退行性疾病相关的辅助蛋白APP的微调，这揭示了一个控制小胶质细胞激活状态的、意想不到的调控层级。继续揭示这些相互作用将加深我们对小胶质细胞生物学的理解。将APP及其C99片段鉴定为Hv1的辅助亚基，也指出了新的治疗机会。调节Hv1活性或破坏APP–Hv1相互作用，或可减轻AD及其他中枢神经系统疾病中小胶质细胞介导的神经元损伤。
更广泛地说，APP和C99作为Hv1辅助亚基的发现，提出了其他跨膜蛋白也可能与Hv1组装，从而在不同天然细胞中产生特定功能的可能性。例如，中性粒细胞或精子中的Hv1可能与不同的伙伴结合，以解释其相较于HEK293T细胞中Hv1的独特性质。这令人联想到钾通道孔形成亚基通过与KCNE/MiRP家族的单个跨膜蛋白组装，从而在心脏、骨骼肌、中枢神经系统和胃中产生满足其不同功能所需的功能差异。为Hv1识别此类相互作用，可能成为未来研究中同样富有成果的探索方向。
