葛亮、Walter Nickel等綜述非經(jīng)典分泌的關(guān)鍵問題

細胞的蛋白分泌是細胞將自身合成的可溶性蛋白或膜結(jié)合蛋白釋放至細胞表面或胞外環(huán)境的過程，它是實現(xiàn)細胞間通訊、維持生命穩(wěn)態(tài)和有機體執(zhí)行各項生理功能的核心機制與基礎(chǔ)。長期以來，人們對細胞分泌的認知主要建立在經(jīng)典的內(nèi)質(zhì)網(wǎng) - 高爾基體分泌途徑之上。然而，這個經(jīng)典分泌模型無法解釋大量 缺乏信號肽的蛋白 在胞外空間的存在。這類蛋白的發(fā)現(xiàn)標志著 非經(jīng)典蛋白分泌（ Unconventional Protein Secretion,UcPS） 作為獨立研究領(lǐng)域的誕生。

值得注意的是，在目前已鑒定的分泌蛋白中，非經(jīng)典分泌蛋白的種類已 超過 經(jīng)典分泌蛋白，這一發(fā)現(xiàn)強有力地提示， UcPS 在生理過程中的重要性和普遍性可能被嚴重低估。同時，絕大多數(shù)非經(jīng)典蛋白的分泌機制以及它們在胞外環(huán)境中的生物學(xué)功能至今尚不明確，這構(gòu)成了當(dāng)前分泌生物學(xué)領(lǐng)域亟待填補的核心空白。

2026 年 3 月 28 日，清華大學(xué)生命學(xué)院葛亮實驗室聯(lián)合德國海德堡大學(xué)Walter Nickel教授在 Current Opinion in Cell Biology 在線發(fā)表了題為 A current view on molecular mechanisms and machineries driving unconventional pathways of protein secretion 的綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了近年來不同類型非經(jīng)典分泌相關(guān)研究的最新進展，并提出了非經(jīng)典分泌領(lǐng)域當(dāng)前亟待解決的重要問題，為該領(lǐng)域的后續(xù)研究提供了明確的思路。

根據(jù)現(xiàn)有研究， UcPS 可歸納為四種主要類型（圖1）：

I型代表貨物蛋白直接穿越細胞膜的分泌方式。包括 GSDMD 介 導(dǎo)的炎癥因子的釋放，以及本文重點闡述的成纖維細胞生長因子 2 （ FGF2 ）的直接跨膜分泌。

II型依賴ABC轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)。該類轉(zhuǎn)運蛋白可直接識別經(jīng)特定脂質(zhì)修飾的貨物蛋白，通過 ATP 水解供能將其“外翻”至胞外空間。目前對該型分泌的詳細機制所知甚少。

III型涵蓋多種通過膜泡運輸介導(dǎo)的非經(jīng)典分泌途徑。該類型結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、機制最為多樣，是目前非經(jīng)典分泌研究的前沿與熱點。

IV型指部分跨膜蛋白繞過高爾基體，從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)直接運輸至細胞膜的分泌過程。

圖 1 四種主要的非經(jīng)典分泌類型

① FGF2 直接跨 越質(zhì) 膜 的非經(jīng)典分泌：

FGF2 是一種具有強效促有絲分裂活性的生長因子，在血管系統(tǒng)發(fā)育和傷口愈合過程中發(fā)揮重要作用。此外，在病理條件下， FGF2 介 導(dǎo)腫瘤誘導(dǎo)的血管生成，并作為癌細胞的存活因子發(fā)揮作用。與依賴信號肽的經(jīng)典內(nèi)質(zhì)網(wǎng) - 高爾基體分泌途徑不同， FGF2 通過直接跨質(zhì)膜轉(zhuǎn)運的方式進入細胞外空間， 屬 I 型 非經(jīng)典 分泌。

圖 2 FGF2 直接跨越質(zhì)膜的非經(jīng)典分泌機制模型

該分泌途徑的起始事件是 FGF2 在質(zhì)膜內(nèi)葉的初始招募，這一過程由 Na,K -ATP 酶的 α1 亞基 介 導(dǎo)。該亞基與 FGF2 表面包含 K54 、 K60 和 C77 的區(qū)域發(fā)生相互作用。隨后， FGF2 在 Y81 位點發(fā)生 Tec 激酶 介 導(dǎo)的酪氨酸磷酸化，并被傳遞至磷脂酰肌醇 4,5- 二磷酸 （ PI(4,5)P2 ） 。這一傳遞依賴于 FGF2 上高度特異的 PI(4,5)P2 頭部基團結(jié)合口袋，該口袋包含 K127 、 R128 和 K133 關(guān)鍵殘基（圖2）。

FGF2 與 PI(4,5)P2 的相互作用觸發(fā)其 寡 聚化，形成以二硫鍵連接的二聚體作為高級寡聚體的結(jié)構(gòu)單元。這些二聚體構(gòu)建塊包含同型的 C95-C95 二硫鍵，該結(jié)構(gòu)對于 FGF2 六 聚體的 形成及其向細胞外空間的非 經(jīng)典 分泌至關(guān)重要（圖2）。

由于單個 FGF2 分子可與多個 PI(4,5)P2 分子相互作用， FGF2 組裝為四聚體和六聚體的過程導(dǎo)致 PI(4,5)P2 在納米尺度上發(fā)生顯著的局部聚集。 PI(4,5)P2 是一種具有不對稱跨雙層分布的非雙分子層脂質(zhì)，其局部積累 觸發(fā)了膜重塑 事件，促使穩(wěn)定的脂質(zhì)雙層轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂协h(huán)形結(jié)構(gòu)的脂質(zhì)膜孔。這一過程得益于 PI(4,5)P2 不對稱的跨膜分布降低 了膜孔開放 所需的能量屏障（圖2）。

膜 孔開放 后，環(huán)狀的 FGF2 寡聚體發(fā)生重排，形成允許 FGF2 穿越質(zhì)膜的孔道結(jié)構(gòu)。這一過程的關(guān)鍵完成步驟涉及細胞表面的磷脂酰肌醇蛋白聚糖 1 （ GPC1 ） 。 GPC1 是一種定位于細胞表面的蛋白聚糖，其靠近質(zhì)膜的硫酸乙酰肝素鏈含有 FGF2 的高親和力結(jié)合位點。當(dāng)定位于脂質(zhì)膜孔內(nèi)的 PI(4,5)P2 結(jié)合型 FGF2 寡聚體暴露于質(zhì)膜外葉時， GPC1 通過其硫酸乙酰肝素鏈捕獲 FGF2 。由于 FGF2 與 PI(4,5)P2 和硫酸乙酰肝素鏈的結(jié)合位點存在重疊，且 K133 殘基對這兩種相互作用均至關(guān)重要，因此 GPC1 能夠競爭性地取代 PI(4,5)P2 。 FGF2 與 PI(4,5)P2 的相互作用以及其與硫酸乙酰肝素的相互作用被識別為相互排斥的特性，這構(gòu)成了 FGF2 從細胞質(zhì)側(cè)向細胞外空間進行 矢量性跨膜 轉(zhuǎn)運的分子基礎(chǔ)（圖2）。

跨膜轉(zhuǎn)運完成后， FGF2 二聚體仍結(jié)合于細胞表面的硫酸乙酰肝素鏈上，或被儲存，或參與形成激活 FGF 受體的三元信號復(fù)合物，從而啟動自分泌或旁分泌信號傳導(dǎo)。

② TMED10 介 導(dǎo)的非經(jīng)典分泌貨物跨 膜進入 ERGIC ：

在 III 型非經(jīng)典分泌中，貨物蛋白如何進入有膜細胞 器一直 是長期困擾領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。近期的研究發(fā)現(xiàn)定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng) - 高爾基體中間體（ ERGIC ）的跨膜蛋白 TMED10 是 介 導(dǎo)這一過程的核心調(diào)控分子。機制研究表明， TMED10 通過同源 寡 聚化在 ERGIC 膜上形成蛋白通道，使胞質(zhì)中的非經(jīng)典分泌蛋白得以由此進入 ERGIC 腔，進而被運輸至胞外（圖3）。

圖 3 TMED10 介 導(dǎo)的非經(jīng)典分泌貨物進入 ERGIC 及后續(xù)分泌過程模型

TMED 蛋白家族長期以來被認為是經(jīng)典分泌途徑的組織者，它們在亞家族間形成 異源四聚 體，并與多種貨物受體結(jié)合。它們還能組裝成大型復(fù)合物，幫助維持內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)和組織膜接觸位點。值得注意的是，在 ERGIC 膜上， TMED 蛋白從 異源四聚 體形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橥垂丫垠w易位子（圖3）。

后續(xù)研究揭示， Rab2A 和動力蛋白 KIF5B 將 ERGIC 分隔為兩個亞區(qū)域：一個定位于高爾基體附近的 ERGIC-53 陽性的區(qū)域，和一個富含 TMED10 的特化區(qū)域。非經(jīng)典分泌蛋白選擇性進入 TMED10 陽性的，遠離高爾基體的區(qū)域，而經(jīng)典分泌蛋白則經(jīng)由 ERGIC-53 標記的區(qū)域通過高爾基體繼續(xù)運輸（圖3）。

貨物如何從 ERGIC 運輸至細胞外環(huán)境仍待闡明?；诂F(xiàn)有研究， ATG9 囊 泡代表 了輸出 ERGIC 來源非經(jīng)典分泌貨物的一種可能載體。此外，分泌型自噬體和循環(huán) 內(nèi)吞體 可能作為下游區(qū)室， 介導(dǎo)這些 貨物最終向細胞外輸送。

③ GRASP 家族蛋白與 CUPS 介 導(dǎo)的非經(jīng)典分泌途徑：

多項研究顯示， GRASP 家族蛋白——黏菌中的 GrpA 、酵母中的 Grh1 以及哺乳動物細胞中的 GRASP55/GRASP65 ——參與獨立于經(jīng)典內(nèi)質(zhì)網(wǎng) - 高爾基體運輸途徑的分泌事件，特別是針對 AcbA /Acb1 蛋白家族的分泌。隨后在酵母中的研究證實， Grh1 是饑餓觸發(fā)的 Acb1 分泌途徑的關(guān)鍵組分。在營養(yǎng)應(yīng)激條件下， Grh1 聚集于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出口位點（ ERES ）附近，并成核形成一個獨特的膜性結(jié)構(gòu)，被認為充當(dāng)無信號肽貨物釋放的起始位點。相應(yīng)地， GRASP55 已被證明參與哺乳動物系統(tǒng)中類似的非經(jīng)典分泌過程。

三維電子顯微鏡揭示，饑餓誘導(dǎo)形成一種由相互連接的囊泡和管狀結(jié)構(gòu)組成的獨特的 Grh1 富集結(jié)構(gòu)。該細胞器被命名為 非 經(jīng)典 蛋白分泌 結(jié)構(gòu)（ Compartment for Unconventional Protein Secretion ，CUPS） ，充當(dāng)此類非經(jīng)典 分泌 途徑的胞質(zhì)蛋白的第一個分選樞紐。利用這一途徑的貨物在向下游運輸前似乎被內(nèi)化進入 CUPS 腔，但可溶性胞質(zhì)因子如何跨越 CUPS 膜屏障的機制尚未闡明。

盡管 CUPS 在 ER 附近形成，但貨物并不繼續(xù)進入順面高爾基體。近期研究強調(diào)了磷脂酰絲氨酸 / 翻轉(zhuǎn)酶 Drs2 在穩(wěn)定 CUPS 結(jié)構(gòu)中的作用； Drs2 缺失導(dǎo)致 Grh1 分散為散在斑點，引發(fā)關(guān)于自噬因子和 SNARE 在此條件下能否組裝功能性 CUPS 中間體的問題。

基于顯微成像的分析表明， Drs2 占據(jù)反式高爾基體網(wǎng)絡(luò)的一個特化亞區(qū)，并在營養(yǎng)剝奪期間與 Grh1 陽性膜發(fā)生瞬時相互作用。這些觀察結(jié)果主張，來源于 CUPS 的運輸中間體與修飾后的 TGN 特化亞區(qū) 融合，而非與常規(guī)高爾基體膜囊融合。遺傳學(xué)研究支持這一模型： Tlg2-Snc2 SNARE 配對對于 CUPS 生物發(fā)生以及 Acb1 和 SOD1 等標志性非 經(jīng)典 蛋白分泌貨物的分泌均是必需的（圖4）。

在 該途徑 的后期階段，這個 Drs2 依賴的 TGN 結(jié)構(gòu) 亞區(qū) 似乎充當(dāng)?shù)诙€分選平臺，引導(dǎo)非 經(jīng)典 貨物向質(zhì)膜運輸。已知 TGN 被細分為功能不同的微結(jié)構(gòu)域 ， Drs2 可能界定了一個專門接收 CUPS 來源載體、同時防止其轉(zhuǎn)向降解途徑或逆向運輸路線的區(qū)域。

圖 4 酵母中 Grh1 和 CUPS 介 導(dǎo)的貨物非經(jīng)典分泌

清華大學(xué) 藥學(xué)院博后裴一飛 和生命 學(xué)院博后郭寧寧 為該論文的共同第一作者。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0955067426000207

制版人： 十一

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