Autophagy 综述︱山东大学齐鲁医院陈文强/吕慧霞/张猛团队评述LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C在疾病中的作用

自噬是细胞以溶酶体为最终降解场所的一种分解代谢过程，对于维持细胞的稳态至关重要。根据降解底物运输到溶酶体的方式不同，自噬被人为地分为三种形式：大自噬(macroautophagy)、小自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)。大自噬即平常所说的经典自噬，也是目前研究最为成熟的一种。CMA近年来被发现参与了人类多种疾病的发生而逐渐受到人们的关注。

溶酶体相关膜蛋白2(lysosome-associated membrane glycoprotein 2, LAMP2)是溶酶体上含量丰富的一种膜蛋白，对溶酶体结构和功能的维持起到重要作用。Lamp2基因经选择性剪切后翻译可形成三种蛋白亚型，分别为LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C。三种亚型在结构和功能上均不同，并分别参与了不同类型自噬的调控。其中LAMP2A介导的CMA近年来被广泛研究，成为自噬领域的新热点。深入研究三种LAMP2亚型的功能有助于揭示自噬-溶酶体系统与人类疾病的关系。

2023年7月20日，山东大学齐鲁医院心内科、络病理论创新转化全国重点实验室陈文强/吕慧霞/张猛团队在Autophagy杂志发表题为“LAMP2A, LAMP2B and LAMP2C: similar structures, divergent roles”的综述文章。作者首先介绍了LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C三种蛋白亚型在结构上的异同点，然后总结了近年来三者在不同自噬过程和疾病模型中的研究进展。此外，作者讨论了三种蛋白亚型在脊椎动物进化过程中的演变。最后，作者从方法学角度针对LAMP2不同亚型研究中出现的问题提出了一些建议和注意事项。

一、 LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C蛋白概述

溶酶体相关膜蛋白2(lysosome-associated membrane glycoprotein 2, LAMP2)是溶酶体上含量丰富的一种膜蛋白，对溶酶体结构和功能的维持均起到重要作用。LAMP2基因突变最初被发现与一种叫做达农病(Danon病)的X连锁显性遗传病有关，该病以致命的肥厚性心肌病、骨骼肌病和智力残疾为临床特征，病理特征为骨骼肌、心肌和神经组织中大量自噬空泡积聚。2000年，LAMP2基因敲除小鼠成功构建，该小鼠表现出与达农病相似的特征，如自噬空泡在全身多种组织中积累，心脏和肌肉收缩功能减低。该研究证实了LAMP2是自噬体与溶酶体融合所必需的，LAMP2缺乏导致自噬功能障碍。

与LAMP1类似，LAMP2也是I型跨膜蛋白，其羧基末端暴露在细胞浆中，氨基末端位于溶酶体腔且被高度糖基化。与LAMP1相比，LAMP2的作用更加复杂和多样化。LAMP1基因敲除并不影响小鼠的生存和发育, 但LAMP2基因敲除导致小鼠多种脏器功能障碍并影响小鼠寿命，说明LAMP2承载了更重要的生物学功能。Lamp2基因经选择性剪切后翻译可形成三种蛋白亚型，分别为LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C。三种蛋白的溶酶体腔内域(lumenal domains)完全相同，但跨膜域(transmembrane domains, TD)和胞质域(C-terminal cytoplasmic domains, CCD)不同(图1)。人的LAMP2A和LAMP2B由410个氨基酸组成，LAMP2C为411个。溶酶体腔内域占据了LAMP2的大部分，由大约374个氨基酸组成；虽然TD和CCD仅由30多个氨基酸组成，但TD和CCD是LAMP2执行生物学功能的重要区域，也是三种蛋白亚型发挥不同功能的结构基础。

图1. 人LAMP2A、 LAMP2B和LAMP2C结构示意图

二、 LAMP2A与疾病概述

作者首先介绍了LAMP2A调控的分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)。CMA是一种依赖溶酶体的蛋白质降解过程，其大致过程是降解底物被热休克蛋白HSC70识别和结合，HSC70-底物复合物与溶酶体膜蛋白LAMP-2A结合形成跨膜转位复合体，底物进入溶酶体被降解。LAMP2A是CMA过程中最关键的成分。CMA与传统意义上的自噬(大自噬)差别较大。首先，在 CMA过程中，底物的运输不需要大自噬过程中的典型双层膜性结构，而是依赖HSC70识别并转运至溶酶体。其次，CMA具有严格的选择性，其降解底物为细胞质中带有特定基序(五肽KFERQ)的蛋白质。在三种LAMP2蛋白亚型中，LAMP2A是唯一参与CMA的亚型。目前认为，LAMP2A最重要的功能就是调控CMA，尚未发现CMA以外的作用。

接下来，作者按照不同疾病模型，分别展开讨论了CMA在心血管疾病、衰老、神经退行性疾病、免疫性疾病、代谢性疾病和肿瘤中的研究进展。LAMP2A敲除小鼠是研究CMA功能的利器，作者梳理了目前报道的LAMP2A敲除或转基因小鼠在不同疾病模型中的应用，包括动脉粥样硬化、脂肪肝、衰老、帕金森病、亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病、肺癌、肥胖等(表1)。这些研究结果表明，多种疾病的发生与CMA功能不足密切相关，如巨噬细胞CMA功能缺陷会导致脂质代谢障碍和炎症反应加剧，促进动脉粥样硬化进展；肝细胞CMA功能缺陷导致糖脂代谢过程中的一些关键酶不能被正常降解，进而促进脂肪肝的发生；在神经系统疾病中，一系列致病蛋白包括SNCA、PARK7、LRRK2、UCHL1、MAPT/Tau、 RCAN1、APP和HTT被确定为CMA底物，CMA功能障碍造成这些底物降解减少，引起致病蛋白的异常聚集；在衰老过程中，肝细胞、T细胞、造血干细胞等多种细胞的LAMP2A水平降低、CMA功能低下。相反，通过基因或药物手段促进CMA功能则改善了多种疾病表型，展现出了良好的治疗效果。

表1. CMA在不同疾病动物模型中的研究

三、LAMP2B与疾病概述

目前，有关LAMP2B的研究较少。LAMP2B的研究以达农病为基础，发现LAMP2B是心肌细胞中自噬体和溶酶体融合所不可或缺的。虽然早在20多年前就发现了达农病与LAMP2基因突变造成的LAMP2蛋白缺失有关，但在最近几年才确定了LAMP2B蛋白亚型是罪魁祸首。溶酶体膜上的LAMP2B通过其C端结构域(CCD)与ATG14(自噬相关14)和VAMP8(囊泡相关膜蛋白8)相互作用，促进自噬体与溶酶体融合。LAMP2B缺失导致自噬-溶酶体成熟障碍，这是达农病患者组织中出现大量自噬空泡累积的重要原因。在Danon病小鼠模型中，通过注射LAMP2B腺病毒载体逆转了小鼠的代谢和生理机能。虽然LAMP2B的研究以Danon病为模型，但研究中发现在心肌细胞中过表达LAMP2B可以明显改善心肌细胞的线粒体功能和收缩功能，这对于心力衰竭、心肌病等心脏疾病的治疗或许具有重要作用。

此外，LAMP2B近年来被确定为外泌体(exosomes)膜的组成成分之一。通过对外泌体表面分子的修饰改造赋予其细胞和组织特异性可实现外泌体靶向给药。鉴于LAMP2B是外泌体膜中含量丰富的蛋白，在近期多项研究中通过诱导靶向肽与LAMP2B融合实现了外泌体靶向给药。但是，LAMP2的其他亚型LAMP2A和LAMP2C是否存在于外泌体中值得进一步研究。

图2. LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C在不同类型自噬中的作用

四、LAMP2C与疾病概述

LAMP2C是目前研究最少的一种蛋白亚型。LAMP2C主要涉及一种新的自噬类型，这种自噬参与细胞中RNA和DNA的降解，分别称作“RNautophagy”和“DNautophagy”，可翻译为“RNA自噬”和“DNA自噬”，由日本科学家在2013年报道。LAMP2C作为该途径的受体，其胞质尾部特异性结RNA和DNA，介导两者直接进入溶酶体降解。这种新概念的提出挑战了传统的核酸经核酸酶(nuclease)降解的观点。RNA自噬和DNA自噬的生理功能有待进一步研究。

五、三种LAMP2蛋白亚型在脊椎动物进化过程中的演变

大自噬是一种在进化上高度保守的自噬类型。那么，LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C介导的自噬是否也存在保守性不得而知。大自噬最初在酵母中发现，但在所有真核生物中均发现了自噬同源基因，表明了物种在进化的“早期”即拥有了大自噬功能。然而，与大自噬“同胞”的CMA在进化中出现的时间却相对较晚。

CMA过程中发挥核心作用的LAMP2A只出现在鸟类和哺乳动物中，人们一度认为CMA是鸟类和哺乳动物所特有的。近期，法国科学家在多种鱼类中发现了与哺乳动物LAMP2A相似的序列，并在青鳉鱼中通过敲除LAMP2A证明了青鳉鱼同样拥有CMA功能，且CMA缺失的青鳉鱼表现为糖脂代谢障碍，这与在CMA功能缺失的小鼠中观察到的现象一致。但在非脊椎动物中的确没发现LAMP2A同源序列。因此，CMA的出现要比人们先前认为的早，CMA功能在脊椎动物进化的伊始就已出现，且为脊椎动物所特有。

对于LAMP2B和LAMP2C而言，两者进化的速度或许快于LAMP2A。在LAMP2三种亚型蛋白的跨膜域(TD)和胞质域(CCD)存在一些重要的功能域或特殊基序，如位于CCD的GYXXX序列是LAMP2蛋白靶向运输到溶酶体膜所必需的，这一序列在脊椎动物进化中高度保守，在LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C分别是GYEQF、GYQTL和GYQSV。在鱼类、两栖动物和爬行动物等相对低等的脊椎动物中，均发现LAMP2B和/或LAMP2C序列，且其CCD域的GYXXX序列与哺乳动物中观察到的GYQTL或GYQSV基序一致；而在这些低等的脊椎动物中，仅有部分物种含有LAMP2A，且其CCD域的GYXXX序列为GYQQF、GYEQL、GYEQM、GYESF或GYEQFN，而不是哺乳动物中典型的GYEQF序列。这说明在脊椎动物中，LAMP2B和LAMP2C或许更早于LAMP2A出现。另外，位于CCD域的另一段GXXXXXXG基序和TD域的GXXXXG基序分别负责底物蛋白的结合和LAMP2A的多聚化，这些基序在脊椎动物进化中同样高度保守。

图3. LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C中的重要功能域在脊椎动物中的演变

六、三种LAMP2蛋白亚型的研究方法和注意事项

由于LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C的90%以上氨基酸序列都是相同的，仅在C端的跨膜域(TD)和胞质域(CCD)氨基酸序列存在差异，因此在抗体选择上要格外注意。只有免疫原是针对LAMP2亚型TD或CCD域的抗体才能特异性地识别单一亚型。目前市面上仅有少量能特异识别LAMP2A而与LAMP2B或LAMP2C无交叉反应的抗体。目前文献中应用的LAMP2B或LAMP2C抗体大多由实验室自己制备，其特异性无法保证。因此作者建议，对于购买或制备的抗体，先通过基因敲除小鼠或基因敲减实验验证抗体的特异性。

另外，与研究较为成熟的大自噬不同，CMA的调控机制尚不明确。目前亦缺少成熟的CMA激动剂或抑制剂。虽然近期有些研究报道了可激活CMA的化合物，如CA77.1和SFN，但这需要后期多种细胞实验和动物实验的验证。目前通过基因手段敲除或敲减编码LAMP2各亚型的特定片段，仍是最可靠的研究方法。但需注意转录本和外显子的选择，以保证只影响特定LAMP2亚型。

综上，本篇综述系统介绍了当前LAMP2A、LAMP2B和LAMP2C三种蛋白亚型在不同自噬过程和疾病模型中的研究进展，并从方法学角度提出了一些建议和注意事项。

山东大学齐鲁医院心内科博士后乔磊、硕士研究生胡嘉怡和邱筱涵为该文章的共同第一作者，陈文强教授、吕慧霞教授和张猛教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和中国博士后基金等项目的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1080/15548627.2023.2235196