SIK2通过磷酸化GABARAPL2促进自噬体-溶酶体融合并改善阿尔茨海默病神经退行性变

本研究揭示了盐诱导激酶2(SIK2)在阿尔茨海默病(AD)中的新机制。研究人员发现SIK2通过磷酸化GABARAPL2蛋白Ser72位点，促进自噬体-溶酶体融合，增强Aβ清除，改善5xFAD小鼠认知功能和突触可塑性。该研究为AD治疗提供了新的潜在靶点。

在阿尔茨海默病的研究领域，自噬功能障碍一直被认作是推动疾病进展的关键环节。随着神经元内异常蛋白的堆积，自噬-溶酶体这条重要的清除通路却出现了故障，特别是自噬体与溶酶体的融合过程受阻，导致大量未降解的废物在细胞内积聚。然而，这个精密融合过程背后的分子调控机制，尤其是激酶如何参与调节，至今仍是未解之谜。

戴晓曼等人在《Translational Neurodegeneration》发表的研究，将目光投向了盐诱导激酶2(SIK2)——这个属于AMP激活蛋白激酶(AMPK)家族的成员。研究人员发现，在AD患者和5xFAD小鼠的海马体中，SIK2的表达随着疾病进展而逐渐下降，且这种下降与空间记忆缺陷密切相关。更引人注目的是，恢复SIK2水平不仅能减轻认知障碍，还能减少Aβ斑块负担，修复突触超微结构病理。

为了深入探索机制，研究团队运用了多种关键技术：包括对AD患者和5xFAD小鼠脑组织进行免疫荧光、qPCR和Western blotting分析；通过立体定向注射腺相关病毒介导的SIK2敲降和过表达，结合莫里斯水迷宫行为学测试、电生理记录和电子显微镜超微结构分析；利用LC3B/p62转换实验、mRFP-GFP-LC3串联荧光 assay和透射电镜评估自噬流；采用免疫共沉淀、GST pull-down、磷酸化蛋白质组学和定点突变等技术探索分子机制。

年龄依赖性SIK2下调与AD患者和小鼠模型的相关性

研究人员首先评估了自噬活性，发现5xFAD转基因小鼠海马体中LC3B和p62蛋白水平均升高，表明自噬流存在缺陷。通过生物信息学分析人脑样本转录组数据，发现自噬体运输基因表达无显著变化，而SIK2 mRNA在AD患者和5xFAD小鼠海马体中均显著下调。进一步的时间进程实验显示，SIK2在5xFAD小鼠中的下调从5月龄开始，到10月龄时更为明显，且与莫里斯水迷宫测试中的认知表现呈正相关。细胞定位分析证实SIK2主要在海马神经元中表达，并在AD模型中出现显著减少。

SIK2缓解中年5xFAD小鼠认知障碍并增强突触可塑性

通过腺相关病毒介导的SIK2海马过表达，研究人员发现SIK2能够显著改善5xFAD小鼠的空间学习和记忆能力。在莫里斯水迷宫测试中，SIK2过表达组小鼠的逃避潜伏期缩短，平台穿越次数和目标象限停留时间增加。电生理记录显示SIK2恢复了CA3-CA1突触的长期增强(LTP)维持。超微结构分析表明SIK2过表达增加了突触后密度厚度并减小了突触间隙宽度。高尔基染色和Sholl分析显示SIK2改善了树突复杂性和脊柱密度，同时上调了突触蛋白标志物SYN、PSD95和BDNF的表达。

SIK2减少5xFAD小鼠Aβ沉积

研究发现SIK2过表达显著降低了5xFAD小鼠海马体中总Aβ蛋白水平和Aβ斑块沉积，而SIK2敲降则产生相反效果。酶联免疫吸附试验(ELISA)进一步证实SIK2过表达降低了可溶性和不可溶性Aβ₄₂水平。值得注意的是，SIK2调控Aβ沉积并不影响淀粉样前体蛋白(APP)或BACE1的表达水平，表明其作用机制主要通过影响Aβ清除而非生成。

SIK2增强AD模型中的自噬流

磷酸化蛋白质组学分析显示，SIK2过表达显著激活了自噬相关通路。在细胞模型中，SIK2过表达降低了p62积累，增加了LC3B水平，表明自噬流增强。mRFP-GFP-LC3串联荧光 assay直接证明SIK2促进了自噬体-溶酶体融合，增加了自噬溶体的形成。透射电镜观察发现SIK2过表达减少了双膜自噬体的积累，增加了单膜自噬溶体的数量。机制上，SIK2特异性作用于自噬体-溶酶体融合步骤，而非溶酶体酸化过程。

SIK2通过磷酸化GABARAPL2第72位丝氨酸增强自噬流

通过免疫共沉淀和质谱分析，研究人员发现SIK2与ATG8家族成员存在相互作用，其中与GABARAPL2的结合最为强烈。结构域映射实验表明，SIK2通过其C端的LC3相互作用区域(LIR)与GABARAPL2结合。磷酸化蛋白质组学鉴定出GABARAPL2上的三个丝氨酸磷酸化位点(Ser39、Ser72、Ser87)。功能实验证明，仅Ser72位点的磷酸化模拟突变(S72E)就足以降低p62积累，而其他位点突变则无此效果。特异性磷酸化抗体验证显示，AD模型中p-GABARAPL2(Ser72)水平降低，而SIK2过表达可恢复其磷酸化水平。

磷酸化GABARAPL2第72位丝氨酸缓解中年5xFAD小鼠认知障碍

海马注射GABARAPL2-S72E磷酸化模拟突变病毒可复制SIK2过表达的益处，显著改善5xFAD小鼠的认知功能，恢复LTP，减少Aβ斑块沉积，并增强自噬流。相反，非磷酸化突变体(S72A)则无保护作用。转录组分析显示GABARAPL2-S72E过表达丰富了溶酶体通路基因表达。透射电镜证实该突变促进了自噬体-溶酶体融合，减少了自噬体积累。

这项研究确立了SIK2-GABARAPL2轴作为通过溶酶体融合能力调节自噬流的新信号级联。该通路的 dysfunction 导致了AD中的Aβ沉积，为理解自噬体-溶酶体融合在AD中的致病机制提供了新见解，并突出了其作为治疗靶点的潜力。研究不仅揭示了SIK2在维持神经元蛋白稳态中的关键作用，还阐明了其通过特异性磷酸化GABARAPL2调控自噬过程的具体分子机制。这些发现为开发针对自噬-溶酶体通路的新型AD治疗策略奠定了理论基础，特别是通过调节SIK2活性或GABARAPL2磷酸化状态来增强Aβ清除和突触功能的可能性。