Sci Adv丨張哲團隊揭示LMD-3蛋白通過調控溶酶體功能和蛋白穩態維持生殖能力

隨著全球生育率持續走低，年齡相關性生育力下降已成為亟待解決的健康難題。越來越多的證據表明，細胞內蛋白穩態的失衡是生殖細胞老化的核心驅動力之一。然而，調控這一過程的關鍵分子機制仍是科研前沿的“黑箱”。

近日，山東大學齊魯醫學院張哲團隊在Science Advances上在線發表了題為Lysosomal control of proteostasis and reproductive capacity by conserved LMD-3 protein in C. elegans的研究論文。該研究在線蟲中鑒定出一個保守的LysM結構域蛋白LMD-3，發現它是調控蛋白穩態和生殖能力的關鍵因子。通過系統的機制研究，團隊揭示了LMD-3通過定位于溶酶體，并與卵黃蛋白前體 Vitellogenin以及質子泵V-型ATP酶（V-ATPase）相互作用，從而調控溶酶體功能并維持卵黃蛋白穩態，最終保障線蟲的生殖健康。此外，研究還發現補充維生素B12可以通過減輕氧化應激和改善溶酶體功能，恢復lmd-3突變體的生育能力，為開發緩解年齡相關生育力下降的干預策略提供了新的思路。

研究團隊首先發現，lmd-3功能缺失線蟲表現出明顯的氧化應激抵抗力缺陷和持續升高的細胞應激反應。這些突變體對紫外線輻射更敏感，超氧陰離子（O??）積累增加，并伴有線粒體功能障礙。在表型上，lmd-3突變體的子代數顯著減少（降低約34.5%），且主要在早期生殖階段體現。進一步分析發現，這種生殖力下降是由于生殖細胞數量減少和細胞凋亡增加所致，表現出類似人類卵巢早衰（POF）的特征。組織特異性實驗證實，LMD-3在生殖腺中的功能對維持生殖能力至關重要。

為了解析LMD-3的分子機制，團隊通過免疫沉淀結合質譜（IP-MS）分析鑒定到LMD-3的相互作用蛋白，結果顯示LMD-3與Vitellogenin（主要的卵黃蛋白前體）和V-ATPase亞基（溶酶體質子泵的關鍵組分）相互作用。隨后的細胞定位研究證實，LMD-3主要定位于溶酶體，并與其標志物具有高度共定位。研究發現，lmd-3突變體表現出溶酶體酸性降低、形態異常和降解活性受損，并伴隨有卵黃蛋白VIT-2在腸道、體腔和生殖腺中的異常積累。這些結果提示LMD-3通過V-ATPase調節溶酶體酸性，并通過與Vitellogenin相互作用參與卵黃蛋白的運輸或降解過程，從而維持細胞的蛋白穩態和生殖健康。通過構建LMD-3不同結構域的缺失突變體，研究團隊發現LMD-3蛋白的TLDc結構域對于其維持蛋白穩定性和正常的溶酶體功能至關重要。ΔTLDc突變體完美地復制了lmd-3敲除突變體的所有缺陷，包括溶酶體降解受損、生殖能力降低、氧化應激增加以及V-ATPase和Vitellogenin的相互作用缺陷。

鑒于lmd-3突變體表現出細胞應激增加，團隊探索了增強應激抵抗是否能恢復其生育能力。他們發現，將lmd-3突變體從標準OP50細菌食物更換為高B12含量的大腸桿菌HT115飲食，可以完全恢復其生殖能力和正常的生殖腺形態，同時緩解細胞應激。進一步研究表明，補充活性維生素B12（甲鈷胺，meCbl）可以顯著減輕 lmd-3突變體的細胞應激、恢復線粒體膜電位，并完全逆轉其生育能力下降和生殖細胞數量減少的缺陷。機制上，維生素B12補充劑能夠顯著恢復lmd-3突變體受損的溶酶體酸性，減少生殖腺中聚集蛋白的堆積和凋亡細胞的數量，從而直接改善導致生育力下降的生殖腺缺陷。

綜上所述，該研究首次揭示了LMD-3作為溶酶體定位蛋白，通過其保守的TLDc結構域與V-ATPase和Vitellogenin相互作用，共同調控溶酶體功能和蛋白穩態，從而維持線蟲的生殖健康。此外，研究提示了維生素B12在LMD-3調控的生殖衰老通路中具有潛在的治療作用。這些發現不僅闡明了LMD-3鮮為人知的生理功能，也為理解年齡相關生育力下降的機制以及開發潛在的治療策略提供了新的理論基礎和研究模型。

值得強調的是，該研究與山東大學陳子江/秦瑩瑩/焦雪/婁紅祥/董婷團隊發表于

Nature Aging

山東大學齊魯第二醫院博士后翟義樂、基礎醫學院博士生王田田為該論文的共同第一作者，已畢業的本科生韓江雪在實驗中做出了重要貢獻。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3192

張哲課題組致力于研究細胞穩態、代謝失衡與衰老相關疾病的分子機制。我們重點關注溶酶體與內質網等細胞器的功能障礙、脂質及維生素等關鍵代謝通路在驅動生物體衰老、生殖能力衰退和細胞死亡過程中的作用，并以此為基礎開發代謝干預的新型治療與長壽策略。我們誠摯歡迎對細胞生物學、代謝學、衰老機制以及轉化醫學充滿熱情的青年學者與博士后加入，共同探索生命穩態的生物學奧秘，開發具有臨床應用前景的創新干預方案。

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