【Nature子刊】苏州大学马全红团队：GPR50作为线粒体自噬受体，调节神经元发育

2024年8月15日，苏州大学神经科学研究所马全红团队在期刊《Cell Death & Differentiation》上发表了题为“GPR50 regulates neuronal development as a mitophagy receptor”的研究论文。本研究提供了一种新的机制，揭示了发育中的神经元如何利用线粒体自噬，来维持线粒体OXPHOS。

https://www.nature.com/articles/s41419-024-06978-y

研究介绍

 01 

人类神经元发育的延长与线粒体代谢活动降低有关，尤其是OXPHOS的线粒体代谢活动。增强线粒体氧化代谢，可加速人体神经元发育。神经元不能通过糖酵解产生ATP，使它们更容易受到线粒体功能障碍的影响。线粒体功能障碍导致ATP供应不足、氧化应激和信号通路受损，这与自闭症谱系障碍（ASD）等神经发育障碍有关。后者在临床上表现为社交能力受损，以及重复和刻板的行为。 线粒体功能障碍和ROS水平升高，甚至被认为是ASD的标志。

线粒体自噬是选择性自噬的一种亚型，在维持线粒体质量和数量方面至关重要。线粒体自噬依赖于一组称为线粒体自噬受体的因子，来募集与受损线粒体相邻的组装自噬体（吞噬团）。为了维持高能量活动，神经元必须增加线粒体更新，从而促进线粒体的维持。然而，线粒体自噬如何与线粒体OXPHOS协调，以控制神经元发育，仍然未知。

G蛋白偶联受体50（GPR50）是一种X染色酮连接的孤儿GPCR，其氨基酸序列约45%与褪黑激素受体MT1和MT2共享。然而，GPR50不与褪黑激素或任何其他配体结合，因此，仍然是孤儿受体。在ASD 、双相情感障碍和重度抑郁患者中，检测到两种GPR50变体，即Δ502-505和T532A。本研究表明，G蛋白偶联受体50（GPR50）是一种新型线粒体自噬受体，其含有LC3相互作用区（LIR），并且在应激条件下，是线体自噬所必需的。GPR50的缺乏，会导致受损线粒体的积累并破坏OXPHOS，导致ATP产生不足和ROS产生过多，最终损害神经元发育。GPR50缺陷的小鼠表现出社会识别能力受损，这可以通过使用mitoQ（一种线粒体抗氧化剂）进行产前治疗来挽救。

研究进展

 02 

GPR50在神经元发育中是必需的，而GPR50被两种ASD突变减弱

相较于Gpr50^+/y神经元，Gpr50^−/y神经元表现出较小的神经元树突复杂性。团队通过转染WT GPR50质粒部分挽救，完全挽救失败，可能是由于培养3天后进行的转染延迟。这些结果表明，GPR50在神经元发育中起着至关重要的作用。与WT GPR50相比，ASD突变体（T532A和Δ502-505）和mLIR突变体，在Gpr50中均表现出挽救作用，表明GPR50介导的线粒体自噬，在神经元发育中是必需的。

GPR50在神经元发育中是必需的，而ASD突变会减弱GPR50。

GPR50的缺乏导致小鼠的社交行为缺陷

在第一阶段的实验中，成人Gpr50^+/y和Gpr50^−/y小鼠表现出对陌生小鼠的偏好，这体现在它们在包含陌生小鼠（S）的房间中停留的时间更长，以及与陌生小鼠（S）和空笼子（物体）的互动更长；而不是在包含空笼子（物体）的房间中停留的时间更长。在第二阶段的实验中，测试小鼠分别受到两侧包含陌生小鼠（S）和熟悉小鼠（F）的腔室的影响。与成人Gpr50^+/y和熟悉的小鼠（F）仍然表现出对陌生小鼠（S）的偏好相比，Gpr50^−/y小鼠失去了这种偏好。它们在包含陌生小鼠（S）的房间中花费的时间，以及与陌生小鼠（S）与熟悉的小鼠（F）的互动时间，与在包含熟悉小鼠（F）的房间中花费的时间相当。GPR50^−/y和Gpr50^+/y小鼠在埋藏食物测试中，表现出相似的嗅觉功能，排除了社会差异，归因于Gpr50^−/y小鼠嗅觉功能障碍的可能性。因此，GPR50的缺乏，导致小鼠的社会识别和记忆受损。

MitoQ的产前给药，可挽救GPR50缺陷小鼠的自闭症行为

MitoQ是一种线粒体靶向抗氧化剂，可有效阻断ROS，并防止线粒体氧化损伤。研究结果显示，产前给予mitoQ，可挽救社会认知受损的Gpr50^−/y小鼠。小鼠重新获得了对陌生小鼠的偏好，而不是熟悉的小鼠。因此，科学界可以通过在早期发育阶段消除过多的ROS，来防止由GPR50缺陷介导的线粒体自噬，引起的社会识别受损。

MitoQ的产前给药可挽救GPR50缺陷小鼠的有缺陷的社会识别。

研究结论

 03 

研究结果表明，GPR50与其他线粒体自噬调节因子协调，以激活线粒体自噬。通过将GPR50募集到受损的线粒体中，形成蛋白质复合物，以促进线粒体自噬，从而增强线粒体更新，以响应线粒体自噬应激。

GPR50的线粒体募集，不依赖于其与LC3的结合。Δ502-505和T532A GPR50变体，都会减弱GPR50与LC3的结合，从而损害线粒体自噬应激诱导的GPR50线粒体募集。受损的线粒体在其表面启动一系列信号级联，例如PINK1介导的磷酸化和PARKIN介导的泛素化，这导致自噬机制在线粒体自噬受体的帮助下募集到线粒体。团队推测，GPR50线粒体募集存在类似的机制，这需要进一步的研究。

在早期胚胎阶段给予mitoQ，可以挽救Gpr50^−/y小鼠受损的社会记忆和的识别。在生理条件下，低水平的ROS在神经元发育的多个过程中，起着至关重要的作用，如神经元极化、神经突生长和突触可塑性。相反，过多的ROS会损害神经元功能。团队推测，ROS产生的改善，通过将线粒体自噬应激减弱到正常状态，来破坏这种恶性循环，在这种情况下，不需要GPR50介导的线粒体自噬。考虑到在ASD患者的大脑中，广泛检测到ROS水平升高，本研究提供了一种潜在的治疗策略，用于这种神经发育障碍的早期干预。

参考资料：

1.Lu MH, Zhao XY, Yao PP, Xu DE, Ma QH. The Mitochondrion: A Potential Therapeutic Target for Alzheimer’s Disease. Neurosci Bull. 2018;34:1127–30.

2.Iwata R, Casimir P, Erkol E, Boubakar L, Planque M, Gallego Lopez IM, et al. Mitochondria metabolism sets the species-specific tempo of neuronal development. Science. 2023;379:eabn4705.