Depletion of BBSome Subunits Alters Receptor Endocytosis and Promotes EMT via TGF-β Signalling

在人体几乎每一个细胞内部，都隐藏着一个微小的、类似毛发状的天线，被称为初级纤毛。尽管它极其微小，但这个结构充当了关键的感觉枢纽，探测来自外界的信号，并将这些信号转化为指令，告诉细胞如何生长、移动或进行通信。当构建或维护这些天线的机制发生故障时，其结果就是一类被称为“纤毛病”的疾病。其中最复杂的一种是巴德-比德尔综合征（Bardet-Biedl syndrome），这是一种影响多个器官的遗传性疾病，会导致肥胖、肾脏问题，以及最显著的——进行性视力丧失。这种失明源于眼睛后部光敏细胞的退化，而这一过程是由这些细胞天线无法正确管理信息流所驱动的。

长期以来，科学家们一直怀疑这种失明的根源涉及一种名为BBSome的特定蛋白质复合物，它在纤毛中扮演着类似于交通控制员的角色。它的职责是帮助分子进出天线，确保受体（细胞的表面传感器）能够到达它们需要的地方，并在其完成工作后被移除。如果这个交通系统崩溃，受体就会在细胞表面堆积，发出持续且混乱的信号，最终导致组织损伤。来自维戈大学（Universidade de Vigo）及其国际合作者的这项新研究揭开了这一谜团的层层迷雾，精确地展示了两种关键BBSome蛋白的缺失是如何破坏视网膜细胞中这种微妙的平衡，并触发导致细胞死亡和组织分解的连锁反应的。

研究人员重点关注了两个特定的基因——BBS1和BBS4，这两个基因在巴德-比德尔综合征患者中经常发生突变。为了理解当这些基因缺失时会发生什么，他们利用人类视网膜色素上皮细胞（一种支持眼睛中光检测神经元的细胞）创建了实验室模型。他们使用一种精确的基因编辑工具关闭了BBS1或BBS4基因，从而创造了两种缺乏这些关键蛋白的独特细胞版本。他们的初步观察证实了已知于动物模型的情况：在缺乏这些蛋白质的情况下，细胞仍然会长出纤毛，但天线明显变短了。在缺失BBS4的细胞中，天线不仅变短了，而且出现的频率也大大降低，这表明该蛋白质在结构的初始组装过程中发挥着更广泛的作用。

随后，团队将注意力转向这些细胞的表面，观察哪些受体的行为表现异常。他们对位于细胞膜上的蛋白质进行了详细的清点，发现了一种名为TGFBR1的特定传感器出现了显著的积累。该受体属于被称为TGF-β的信号通路的一部分，该通路通常有助于细胞进行通信并维持其形状。在健康的细胞中，该受体不断地被拉入细胞内部，进行回收或降解，以控制信号强度。然而，在缺失BB S1或BBS4的细胞中，该受体卡在了表面，无法被正常内吞。这种堆积意味着细胞正在接收持续且不受控制的信号，研究人员怀疑这正是在迫使细胞进入一种被称为“上皮-间质转化”（epithelial-to-mesenchymal transition）的危险状态。这是一个组织有序、静止的细胞失去其结构，并开始表现得像游走、无序的细胞的过程，这种转变通常是组织退化的前兆。

为了理解BBSome是如何失效的，科学家们调查了这些蛋白质是否物理性地抓取了负责将受体移入细胞内的细胞机制。他们测试了BBSome与运输囊泡（在细胞内运送货物的微小气泡）之间是否存在直接连接。通过生物化学实验和先进的计算机建模，他们发现BBSome与这些运输组件之间不存在稳定的、物理性的“握手”。这是一个重要的发现，因为它排除了BBSome作为运输卡车永久组成部分的观点。相反，数据表明BBSome是通过间接影响交通来发挥作用的，或许是通过组织环境或与其它伙伴进行瞬时交互，而不是作为交付系统本身的一个固定部分。

研究人员随后实时观察了卡住的TGFBR1受体的旅程，以查看哪里出了问题。在健康的细胞中，受体会迅速被拉入细胞内部，被分选到回收箱中以便送回表面，或者被送往降解箱进行破坏。在缺失BBS1的细胞中，受体在早期分选区域徘徊，然后卡在了回收循环中，反复回到表面而从未被降解。这创造了一个过度信号化的循环。相比之下，在缺失BBS4的细胞中，情况有所不同：受体根本没有被送往回收箱，但信号通路仍然变得过度活跃。这表明，两种缺失的蛋白质导致了截然不同的“交通堵塞”，却导致了相同的危险后果：即一个过度的信号，促使细胞改变其身份。

这种过度的信号直接影响了细胞的行为。研究人员观察到，特别是缺失BBS1的细胞，开始改变其形状并开始更自由地移动，这是上皮-间质转化的一个特征。他们还发现，这些细胞在实验室环境下闭合伤口的能力有所下降，这反映了患者身上观察到的组织脆弱性。有趣的是，虽然两种缺陷细胞都显示出这种转化的迹象，但缺失BBS1的细胞与缺失BBS4的细胞相比，在身份转变和运动能力方面的变化更为剧烈。这种差异表明，虽然丢失其中任何一种蛋白质都会破坏系统，但破坏的具体性质决定了细胞行为的变化程度。

研究还揭示了与细胞内部清理系统（即自噬作用）之间的意外联系。在健康的细胞中，该系统就像一个回收厂，负责分解损坏的部分。研究人员发现，缺失BBS1的细胞在静息状态下自噬水平非常低，而在受到刺激时则会激增。相反，缺失BBS4的细胞具有高水平的清理活动，并在受到刺激时下降。这种截然相反的行为表明，这两种蛋白质以完全不同的方式调节细胞的内部维护，然而两者的失效都导致了驱动细胞走向退化的信号蛋白的堆积。

最终，这项工作为为什么巴德-比德尔综合征会导致视网膜功能衰竭提供了清晰的解释。它表明，BBSome蛋白的缺失不仅仅是停止了细胞构建纤毛；它从根本上破坏了细胞管理其表面受体的规则。通过阻止TGF-β受体的正常移除和回收，BBSome的功能障碍迫使细胞处于一种持续的高警觉信号状态。这种信号推动视网膜细胞失去其有序结构并开始迁移，这一过程破坏了眼睛组织的完整性。研究结果表明，这些患者失明的路径不仅仅是结构性的失败，更是一场信号危机——即细胞由于无法清除其传感器，导致了一系列破坏组织的连锁反应。这一见解为新的治疗策略开辟了道路，暗示针对信号通路本身（而非仅仅试图修复纤毛）进行干预，可能为减缓退化并保护患者视力提供有效方法。