纖毛（Cilium）是動(dòng)物細(xì)胞中高度保守的常見(jiàn)細(xì)胞器,，其中央是微管形成的軸絲，外面包裹著富含多種受體的纖毛膜,。纖毛作為凸起于細(xì)胞表面的“信號(hào)天線”,，負(fù)責(zé)感受和傳遞細(xì)胞外的物理、化學(xué)和生物信號(hào)刺激,，并可通過(guò)釋放外泌體向細(xì)胞外發(fā)射信號(hào),。纖毛通過(guò)調(diào)控細(xì)胞的多種生命活動(dòng)，對(duì)組織器官發(fā)育和穩(wěn)態(tài)維持發(fā)揮作用,。纖毛結(jié)構(gòu)和功能異常引起一系列人類疾病,，波及多種主要器官。臨床表型包括但不限于：腦發(fā)育異常,、內(nèi)臟異位,、先天性心臟病、多囊腎,、肝纖維化,、肥胖、視力損傷,、生殖系統(tǒng)缺陷,、多指/趾等癥狀。與纖毛異常相關(guān)的臨床表型多以綜合征的形式出現(xiàn),，例如：Meckel-Gruber綜合征（MKS）,、腎消耗病（Nephronophthisis,，NPHP）,、Joubert綜合征（JBTS）、Bardet-Biedl綜合征（BBS）和Oral-facial-digital綜合征（OFD）等,。目前臨床上還沒(méi)有針對(duì)纖毛相關(guān)疾病的治愈療法,。
纖毛基部與細(xì)胞體連接的部位，有一段結(jié)構(gòu)特殊的區(qū)域,，被稱為纖毛過(guò)渡區(qū)（Transition Zone,，TZ）。現(xiàn)在認(rèn)為纖毛過(guò)渡區(qū)作為纖毛的“門”,，保持纖毛蛋白在纖毛內(nèi)富集,。研究發(fā)現(xiàn)，很多纖毛疾病與纖毛基部過(guò)渡區(qū)（Transition Zone,，TZ）超微結(jié)構(gòu)異常相關(guān),，顯示過(guò)渡區(qū)“門控”功能對(duì)人類健康的重要性。過(guò)渡區(qū)起篩選功能的超微結(jié)構(gòu)主要由MKS復(fù)合體和NPHP復(fù)合體這兩個(gè)大型蛋白復(fù)合體構(gòu)成。研究這兩個(gè)復(fù)合體如何裝配,、以及其中蛋白如何協(xié)同而又獨(dú)立地調(diào)節(jié)纖毛組分和信號(hào)傳遞,，將幫助我們了解纖毛相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制，有利于纖毛相關(guān)疾病的藥物研發(fā),。
7月9日,，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)系曹木青課題組聯(lián)合江蘇師范大學(xué)王亮課題組，在Nature Communications期刊上發(fā)表了題為Ciliary transition zone proteins coordinate ciliary protein composition and ectosome shedding的研究論文,。該研究綜合使用生化細(xì)胞,、蛋白組學(xué)、電子顯微鏡,、超分辨成像等技術(shù),，闡明了纖毛過(guò)渡區(qū)以TCTN1為代表的MKS復(fù)合物、以NPHP4為代表的NPHP復(fù)合物,，和過(guò)渡區(qū)/基體CEP290蛋白協(xié)同控制過(guò)渡區(qū)超微結(jié)構(gòu)組裝,，調(diào)控纖毛內(nèi)組分的分子機(jī)制；同時(shí)建立了過(guò)渡區(qū)與纖毛外泌體的聯(lián)系,，發(fā)現(xiàn)了過(guò)渡區(qū)對(duì)纖毛外泌體形成和釋放的調(diào)節(jié)作用,。該研究為纖毛疾病的發(fā)病機(jī)制研究提供了新的觀點(diǎn),，提示纖毛外泌體異?？赡芘c纖毛相關(guān)疾病發(fā)生有一定聯(lián)系。
TCTN1編碼的蛋白位于纖毛過(guò)渡區(qū),，其突變?cè)斐蒑KS和JBTS等纖毛疾病,。目前已知TCTN1調(diào)控纖毛膜組分，進(jìn)而參與纖毛信號(hào)的調(diào)節(jié),，而其具體的分子功能還不清楚,。首先，研究人員使用透射電鏡技術(shù),，發(fā)現(xiàn)TCTN1突變導(dǎo)致纖毛過(guò)渡區(qū)超微結(jié)構(gòu)紊亂,，尤其影響過(guò)渡區(qū)連接軸絲和纖毛膜的楔形結(jié)構(gòu)，造成過(guò)渡區(qū)“門”結(jié)構(gòu)的松散,；同時(shí),，TCTN1蛋白缺失的纖毛出現(xiàn)腫脹，而且纖毛膜最外層的糖萼幾乎消失,。結(jié)合超分辨成像技術(shù)和免疫電鏡技術(shù),，并對(duì)比CEP290和NPHP4的相對(duì)位置，研究人員發(fā)現(xiàn)TCTN1定位于過(guò)渡區(qū)中間段靠近纖毛膜的外圍區(qū)域,，提示MKS復(fù)合體和NPHP復(fù)合體構(gòu)成了楔形結(jié)構(gòu)的兩端,，分別結(jié)合外圍纖毛膜和中間的微管軸絲，為過(guò)渡區(qū)的超微結(jié)構(gòu)提供錨定支撐。
圖1. TCTN1缺失對(duì)纖毛過(guò)渡區(qū)超微結(jié)構(gòu)的影響
研究人員分離了野生型細(xì)胞,，以及TCTN1,、CEP290和NPHP4缺失突變體的纖毛，并使用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)系統(tǒng)地對(duì)纖毛組分進(jìn)行了分析比較,。以往的研究發(fā)現(xiàn),，過(guò)渡區(qū)門控機(jī)制的異常，導(dǎo)致纖毛組分無(wú)法在纖毛內(nèi)富集,。驚奇的是,，蛋白組學(xué)結(jié)果顯示，過(guò)渡區(qū)異常,，不但造成纖毛組分流失,，而且還導(dǎo)致大量非纖毛蛋白質(zhì)在纖毛內(nèi)異常聚集，這些蛋白來(lái)源復(fù)雜,，包括高爾基體,，葉綠體，線粒體等來(lái)源的多種蛋白,。蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)還提示,，纖毛外泌體相關(guān)蛋白在突變體纖毛中豐度異常。根據(jù)這一結(jié)果,，研究人員對(duì)TCTN1,、CEP290和NPHP4釋放的纖毛外泌體進(jìn)行了分析，證實(shí)了過(guò)渡區(qū)對(duì)纖毛外泌體的生成和活性的調(diào)控能力,?？偟膩?lái)說(shuō)，本研究系統(tǒng)性闡明纖毛過(guò)渡區(qū)不同蛋白復(fù)合體之間協(xié)同調(diào)節(jié)纖毛結(jié)構(gòu),、纖毛蛋白組分,、纖毛信號(hào)傳導(dǎo)的一系列調(diào)控機(jī)制，從“纖毛過(guò)渡區(qū)—纖毛組分—纖毛外泌體”角度為纖毛疾病的發(fā)病機(jī)制提供了新的見(jiàn)解,。
圖2.“纖毛過(guò)渡區(qū)—纖毛組分—纖毛外泌體”調(diào)控模式圖
上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)系曹木青和江蘇師范大學(xué)王亮為論文的通訊作者,，清華大學(xué)潘俊敏教授對(duì)研究給予了極大的支持。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目,，江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目，上海高水平地方高校創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),，江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程等項(xiàng)目資助,。
