线粒体质量控制在细胞稳态和衰老相关神经退行性疾病（如帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（AD）、肌萎缩侧索硬化（ALS）和额颞叶痴呆（FTD））中扮演着至关重要的角色。其中，PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬是清除受损线粒体的核心机制。尽管传统上p62作为自噬受体而闻名，但它在PINK1/Parkin介导的线粒体自噬中对于“线粒体聚集”（即碎裂和肿胀线粒体的核周聚集）过程是必需的，然而其具体分子机制和病理生理意义尚不明确。本研究发现，p62通过相变（或称相分离）直接驱动受损线粒体的聚集，并揭示了其在调控线粒体自噬清除速率以及ALS/FTD发病机制中的关键作用。
p62相变的液体样特性及其被ALS/FTD相关突变破坏
p62分子包含Phox和Bem1p（PB1）、ZZ型锌指（ZZ）、LC3互作区（LIR）和泛素结合（UBA）等结构域。在细胞内，p62可通过其N端PB1结构域介导的低聚化，以及C端UBA结构域与多聚泛素链（poly-Ub）之间的多价相互作用，形成动态的、具有液体特性的p62凝聚体（p62 body）。这些凝聚体能够进行融合、分裂和分子交换。为了深入探究p62的相变行为及其与疾病的关系，研究人员构建了多个与ALS/FTD相关的p62错义突变体（R321C、L341V、P392L、G425R）。荧光漂白恢复（FRAP）分析和液滴融合实验显示，这些突变体形成的凝聚体流动性降低，融合动力学减慢，表明ALS/FTD相关的p62突变会加速p62凝聚体从液态向凝胶态的相转变，损害了其正常的相变动力学特性
为了更精确地时空控制p62的相变，研究团队构建了一个光遗传学工具“Opto-p62”。他们将p62中驱动低聚化的PB1结构域替换为光诱导的低聚化结构域Cry2PHR（简称Cry2）。在蓝光刺激下，Opto-p62能够快速形成p62凝聚体，撤去蓝光后凝聚体则会解离。利用这一工具，研究发现除R321C突变抑制了凝聚体形成外，其他p62突变体（L341V、P392L、G425R）形成的凝聚体在多次光刺激循环中表现出解离能力减弱，类似于在ALS/FTD中观察到的病理性蛋白聚集体
p62-泛素共凝聚与线粒体自噬的关联
p62的相变由p62与泛素之间的多价相互作用驱动。免疫荧光实验显示，在培养的神经元中，内源性p62与泛素存在共定位。进一步的研究证实，光激活Opto-p62可以诱导泛素化蛋白的凝聚体形成；反之，光激活另一个光遗传工具Opto-Ub（Cry2-mCherry-Ub）也能诱导p62的共凝聚，并降低Opto-Ub的凝聚阈值。这表明p62和泛素化蛋白能够相互协同，形成p62-泛素共凝聚体，这可能在自噬调控中具有潜在功能。
更重要的是，在诱导PINK1/Parkin介导的线粒体自噬（通过Antimycin A和Oligomycin A，即A/O处理）后，p62显著转位到受损线粒体上。然而，当使用Parkin的E3连接酶活性丧失的突变体（C431F）或在内源性Parkin水平很低的神经元中，p62向线粒体的转位受到严重损害。这证明了p62向线粒体的显著转位依赖于Parkin介导的线粒体泛素化，提示p62-泛素凝聚在Parkin介导的线粒体质量控制中扮演着潜在角色
p62相变驱动受损线粒体聚集并抑制其过度清除
研究团队观察到，在PINK1/Parkin介导的线粒体自噬过程中，p62倾向于与“葡萄串”状的线粒体聚集簇共定位，而另一个自噬受体OPTN则主要与LC3共同定位于分散的线粒体上。当敲低p62后，受损线粒体呈现完全分散的状态，无法形成聚集簇。使用微管解聚药物处理则发现，大的核周线粒体簇会分散成多个较小的、近似圆形的线粒体簇。这表明p62相变负责将受损线粒体“粘合”成小簇，而微管网络则负责将这些小簇拉拢在一起，形成完整的线粒体聚集簇。
功能实验显示，敲低p62加速了A/O处理后的线粒体清除过程。这表明p62介导的线粒体聚集实际上扮演了一个“刹车”角色，减缓了线粒体的清除速率。通过高分辨成像和三维重构，研究人员观察到，在自噬早期，内源性p62凝聚体像“桥梁”一样连接着各个线粒体；而当p62过表达时，则会形成一个巨大的凝聚体，将多个线粒体包裹其中。线粒体聚集程度（用“压紧指数”（CI）量化）与p62的表达水平呈正相关。在神经元模型中敲低p62，同样会破坏核周“葡萄串”状线粒体簇的形成
为了直接证明p62相变是线粒体聚集的驱动力，研究团队在p62敲低的细胞中表达Opto-p62。蓝光诱导p62发生相变后，凝聚的p62强烈地与线粒体共定位，并显著促进了线粒体聚集。实时追踪和量化分析进一步证实，光诱导的p62凝聚直接增强了线粒体的压紧指数（CI）。即使在Opto-p62表达水平相对较低的稳定细胞系中，光诱导p62相变也能显著导致线粒体聚集
ALS/FTD相关p62突变破坏线粒体聚集，导致线粒体过度清除
鉴于ALS/FTD相关的p62突变破坏了p62相变，研究人员进一步探究了这些突变是否影响线粒体聚集与清除。结果显示，在HEK 293细胞、SH-SY5Y细胞、小鼠原代神经元以及人诱导多能干细胞（iPSC）来源的神经元中，p62突变体（特别是G425R）均损害了A/O诱导的线粒体聚集。从AAV病毒载体介导表达p62 WT或P392L突变体的小鼠脑组织中纯化出p62凝聚体，并与p62敲除的U2OS细胞中纯化的线粒体进行体外共孵育实验，发现WT p62凝聚体能促进线粒体聚集，而P392L突变体凝聚体则失去了此功能。长期的A/O处理实验表明，与WT相比，p62突变体加速了受损线粒体的清除。在慢性低剂量Antimycin A处理模拟疾病环境的神经元中，这些损害线粒体聚集的p62突变体还导致了神经元突触生长减少。这些结果共同表明，ALS/FTD相关的p62突变通过破坏p62相变和线粒体聚集，扰乱了线粒体质量控制的平衡，可能导致神经毒性
总结与展望
本研究揭示了p62相变在PINK1/Parkin介导线粒体自噬中的全新功能机制。p62并非像OPTN那样主要参与自噬体募集，而是通过相变驱动受损线粒体聚集，形成类似“aggresome”的线粒体簇，从而作为一种“平衡”或“储存池”机制，减缓线粒体的过快清除，维持细胞内线粒体质量的稳态。这一过程依赖于p62与Parkin介导产生的线粒体多聚泛素链之间的多价相互作用。
更重要的是，研究将p62相变的生理功能与神经退行性疾病病理直接联系起来。ALS/FTD相关的p62突变会损害p62相变的流动性或倾向性，导致线粒体聚集功能丧失，进而破坏线粒体质量控制的“刹车”机制，可能通过线粒体过度清除或稳态失衡，参与到疾病的发生发展中。与许多ALS/FTD相关蛋白（如TDP-43、FUS）因突变发生“液-固”相变产生毒性功能增益（toxic gain-of-function）不同，p62的疾病突变更多地表现为功能丧失（loss-of-function）。
这项研究为理解相分离如何调控膜结合细胞器的质量控制提供了新见解，并阐明了p62相变在生理和病理条件下的重要作用，为探索神经退行性疾病的治疗策略提供了新的潜在靶点。
