新发现的神经营养因子家族（NFs），包括脑多巴胺神经营养因子（CDNF）和中脑星形胶质细胞衍生神经营养因子（MANF），因其细胞保护特性而受到越来越多的关注，尤其是在保护神经和心脏组织方面[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]，同时也涉及胰腺β细胞[7]、视网膜细胞[8]以及肝/肾损伤模型[9]。
CDNF和MANF主要定位于内质网（ER）腔内，它们由于具有特定的C端序列（CDNF的KTEL和MANF的RTDL：赖氨酸/精氨酸、苏氨酸、谷氨酸/天冬氨酸和亮氨酸）而滞留在此处。这些序列使它们能够与KDEL受体（KDEL-R）结合，后者在将蛋白质从高尔基体返回内质网过程中起关键作用[10]、[11]、[13]。在应激条件下，CDNF和MANF会从内质网分泌到细胞外空间，在那里发挥旁分泌和自分泌作用[2]、[6]、[14]。去除ER滞留序列会增强它们的分泌能力：在SH-SY5Y细胞中删除MANF的RTDL会增加分泌[12]，而在上颈神经节神经元中删除CDNF的KDEL会消除抗凋亡作用[15]，并在ARPE-19细胞中促进分泌[16]。然而，调控它们分泌的精确机制仍不完全清楚。
尽管多项研究报道了KDEL-R从高尔基体/内质网转移到质膜的过程[17]、[18]，但其在细胞表面的相互作用伙伴和功能结局仍不清楚。在三种哺乳动物受体亚型中，KDEL-R1似乎在质膜上的表达最为丰富，并被认为可能是伴侣蛋白和生长因子（包括MANF[12]、[19]和CDNF[6]）的潜在受体。
研究表明，CDNF和MANF的保护和修复作用主要通过调节内质网中的未折叠蛋白反应（UPR）来实现，尤其是在钙失衡、缺氧、葡萄糖缺乏、氧化应激、病毒感染、高脂肪或胆固醇水平以及特定蛋白质突变等应激条件下[20]、[21]、[22]。通过减轻过度激活的UPR，抑制PERK–eIF2α–CHOP介导的凋亡并防止线粒体损伤，MANF和CDNF在减少凋亡、维持细胞活力和保持蛋白质稳态方面起着关键作用[6]、[10]。在缺血/再灌注（I/R）模型中，MANF通过调节PERK/eIF2α和ATF6通路，保护蛋白质折叠能力，并激活PI3K/AKT（在某些情况下还包括ERK通路[23]、[24]，从而限制细胞死亡。在帕金森病模型中，CDNF也能通过保护多巴胺能神经元（如6-羟基多巴胺（6-OHDA）和MPTP诱导的模型）来改善神经元存活和运动功能[26]。CDNF还在脑缺血/再灌注（I/R）模型中表现出保护作用，例如在中脑动脉阻塞（MCAO）情况下，它可以减小梗死面积，抑制CHOP的表达，并激活皮质神经元的AKT和ERK信号通路[27]。
CDNF和MANF的三级结构显示两个结构域通过一个连接子相连，并由四个二硫键稳定，其中一个位于较小的C结构域[28]、[29]。多项研究试图确定CDNF和MANF的哪个结构域对其细胞保护活性起主要作用。Graewert等人2024年的研究[30]表明，CDNF的C结构域（CDNF-C）在体内与内质网中的78 kDa葡萄糖调节蛋白（Grp78，HSP5A基因）的核苷酸结合域相互作用，而小角X射线散射（SAXS）和核磁共振（NMR）研究也在体外证实了这种相互作用[30]。
我们团队最近的研究表明，外源性添加的CDNF通过作为心肌细胞因子发挥作用，通过KDEL-R和激活PI3K/AKT通路来预防I/R引起的损伤和ER应激。与含有KDEL样序列的七肽（THPKTEL）或CDNF-ΔKTEL（缺少最后四个残基的CDNF截短版本）联合使用时，保护作用消失，这表明质膜上的KDEL-R可能是其受体。此外，还有其他依赖情境的信号通路（如MAPK/ERK、STAT3和钙稳态）也参与了CDNF的信号传导[2]、[14]、[31]、[32]。
在这里，我们纯化了CDNF的两个结构域，并在受到I/R处理的大鼠心肌中测试了它们的保护作用。只有CDNF-C能够再现全长CDNF的保护效果，主要是通过激活PI3K/AKT通路实现的。使用FITC标记的构建体（CDNFFITC、CDNFFITC-C、CDNFFITC-N和CDNFFITC-ΔKTEL），并通过时间延迟和共聚焦显微镜观察到，CDNF和CDNF-C在TG诱导的ER应激下与H9c2细胞、新生儿心肌细胞和hiPSC-dCM的质膜上的KDEL-R结合。只有全长CDNF被内吞到溶酶体，表明N结构域决定了CDNF–KDEL-R复合物的细胞内转运。CDNF-N表现出非特异性的膜结合，与其sapoin样结构一致。据我们所知，这是首次证明KDEL-R在ER应激的心肌细胞质膜上作为功能性CDNF受体起作用，其结合是由C结构域介导的。
