基础医学院易聪课题组PNAS揭示葡萄糖饥饿诱导自噬发生的重要机制

自噬（Autophagy）是一种依赖于液泡或溶酶体的物质降解途径，对于维持细胞稳态及应对环境变化至关重要。细胞代谢包括物质代谢和能量代谢，两者不仅调控自噬发生，自噬也会反过来影响细胞的代谢状态。关于物质代谢失衡（如氨基酸饥饿、氮源饥饿或生长因子缺失）调控自噬发生的分子机制已有广泛研究，且已鉴定出一系列相关的信号分子和自噬相关蛋白。然而，对能量代谢失衡（如葡萄糖饥饿）如何触发自噬，我们的认知仍然非常有限。

研究发现，自噬为饥饿状态下血糖稳态维持所必需。在自噬功能缺陷的小鼠模型中，饥饿可迅速引发低血糖并导致小鼠死亡。基于此，课题组以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和哺乳动物细胞为研究模型，聚焦于细胞如何感受葡萄糖饥饿并启动自噬这一领域核心问题，取得了一系列重要进展：①发现线粒体是葡萄糖饥饿诱导自噬发生的调控中心（Developmental Cell, 2017）；②线粒体融合机器通过调控线粒体有氧呼吸影响Snf1（AMPK在酵母中的同源物）与Mec1（ATR在酵母中的同源物）的互作用（Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2020）；③葡萄糖饥饿导致细胞内的ROS水平显著升高。ROS的去除抑制Mec1的线粒体定位（Journal of Genetics and Genomics, 2021）；④Mec1与自噬蛋白Atg13直接互作，介导Mec1和Atg13的自噬前体组装位点（phagophore assembly site, PAS）的招募（PNAS, 2023）；⑤Atg11缺失导致自噬前体组装缺陷（Autophagy, 2020）；⑥钙信号触发Atg11-Bmh1/2-Snf1复合物的形成，导致Snf1激活Atg1（Journal of Cell Biology, 2024）。这些研究揭示葡萄糖饥饿诱导的自噬在发生场所、信号感应及信号执行方面，都与经典自噬通路存在显著差异。值得注意的是，Mec1作为DNA损伤应答反应中的核心蛋白激酶，其激酶活性在DNA损伤修复过程中发挥重要作用。然而，Mec1是否通过激酶活性直接参与葡萄糖饥饿诱导的自噬，仍需进一步阐明。

2025年2月7日，浙江大学基础医学院易聪课题组在《PNAS》期刊上在线发表了题为 “Mec1-mediated Atg9 phosphorylation regulates the PAS recruitment of Atg9 vesicles upon energy stress” 的研究论文。该研究揭示了Mec1的激酶活性在葡萄糖饥饿情况下调控自噬发生的分子机制，发现自噬蛋白Atg9是Mec1的直接磷酸化底物。Mec1通过磷酸化Atg9调控Atg9囊泡在PAS的招募。此外，Mec1介导的Atg9磷酸化也为DNA损伤诱导的自噬所必需，表明Mec1磷酸化Atg9是葡萄糖饥饿和DNA损伤诱导自噬的关键步骤。

研究团队通过构建Mec1激酶活性缺失的酵母突变株，发现Mec1激酶活性缺失并不影响氮源饥饿诱导的自噬，但显著抑制了葡萄糖饥饿及DNA损伤诱导的自噬，表明Mec1的激酶活性特异地参与葡萄糖饥饿和DNA损伤诱导的自噬。进一步研究发现，在Mec1激酶活性缺失的酵母细胞中，Atg9囊泡的PAS募集受阻。由于Atg9囊泡的PAS募集涉及多个蛋白的协同作用，研究团队通过体外激酶实验确认Atg9是Mec1的直接磷酸化底物，并利用质谱鉴定了Mec1磷酸化Atg9的位点。突变实验证实Mec1介导的Atg9磷酸化对葡萄糖饥饿和DNA损伤诱导的自噬至关重要。机制研究表明，Mec1介导的Atg9磷酸化显著增强了Atg9与Atg17、Atg23和Atg27的互作，从而促进Atg9囊泡的PAS招募。此外，研究还发现，Mec1与Atg13的互作是Mec1磷酸化Atg9的前提条件，表明Mec1的PAS招募是其磷酸化Atg9的必要步骤。综上所述，该研究为阐明葡萄糖饥饿和DNA损伤诱导自噬的调控机制提供了重要见解，并为探索不同应激条件下自噬的特异性调控提供了新的研究视角。

葡萄糖饥饿诱导自噬发生的模式图

浙江大学长聘副教授易聪为该研究的通讯作者，课题组成员范思雨为第一作者。研究过程中，特别感谢课题组成员董淑玲、姚伟静、张毅的贡献，以及湖州师范学院吴酬飞教授、张立钦教授，浙江大学蛋白质平台马骋老师，以及西湖大学质谱中心冯杉老师和范明珠老师的大力支持。本研究获得国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目资助。

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