葛亮、Walter Nickel等综述非经典分泌的关键问题|介导|细胞|脂质|葛亮|蛋白

细胞的蛋白分泌是细胞将自身合成的可溶性蛋白或膜结合蛋白释放至细胞表面或胞外环境的过程，它是实现细胞间通讯、维持生命稳态和有机体执行各项生理功能的核心机制与基础。长期以来，人们对细胞分泌的认知主要建立在经典的内质网 - 高尔基体分泌途径之上。然而，这个经典分泌模型无法解释大量缺乏信号肽的蛋白在胞外空间的存在。这类蛋白的发现标志着非经典蛋白分泌（ Unconventional Protein Secretion,UcPS）作为独立研究领域的诞生。

值得注意的是，在目前已鉴定的分泌蛋白中，非经典分泌蛋白的种类已超过经典分泌蛋白，这一发现强有力地提示， UcPS 在生理过程中的重要性和普遍性可能被严重低估。同时，绝大多数非经典蛋白的分泌机制以及它们在胞外环境中的生物学功能至今尚不明确，这构成了当前分泌生物学领域亟待填补的核心空白。

2026 年 3 月 28 日，清华大学生命学院葛亮实验室联合德国海德堡大学Walter Nickel教授在 Current Opinion in Cell Biology 在线发表了题为 A current view on molecular mechanisms and machineries driving unconventional pathways of protein secretion 的综述论文，系统总结了近年来不同类型非经典分泌相关研究的最新进展，并提出了非经典分泌领域当前亟待解决的重要问题，为该领域的后续研究提供了明确的思路。

根据现有研究， UcPS 可归纳为四种主要类型（图1）：

I型代表货物蛋白直接穿越细胞膜的分泌方式。包括 GSDMD 介导的炎症因子的释放，以及本文重点阐述的成纤维细胞生长因子 2 （ FGF2 ）的直接跨膜分泌。

II型依赖ABC转运蛋白介导。该类转运蛋白可直接识别经特定脂质修饰的货物蛋白，通过 ATP 水解供能将其“外翻”至胞外空间。目前对该型分泌的详细机制所知甚少。

III型涵盖多种通过膜泡运输介导的非经典分泌途径。该类型结构最为复杂、机制最为多样，是目前非经典分泌研究的前沿与热点。

IV型指部分跨膜蛋白绕过高尔基体，从内质网直接运输至细胞膜的分泌过程。

图 1 四种主要的非经典分泌类型

① FGF2 直接跨越质膜的非经典分泌：

FGF2 是一种具有强效促有丝分裂活性的生长因子，在血管系统发育和伤口愈合过程中发挥重要作用。此外，在病理条件下， FGF2 介导肿瘤诱导的血管生成，并作为癌细胞的存活因子发挥作用。与依赖信号肽的经典内质网 - 高尔基体分泌途径不同， FGF2 通过直接跨质膜转运的方式进入细胞外空间，属 I 型非经典分泌。

图 2 FGF2 直接跨越质膜的非经典分泌机制模型

该分泌途径的起始事件是 FGF2 在质膜内叶的初始招募，这一过程由 Na,K -ATP 酶的 α1 亚基介导。该亚基与 FGF2 表面包含 K54 、 K60 和 C77 的区域发生相互作用。随后， FGF2 在 Y81 位点发生 Tec 激酶介导的酪氨酸磷酸化，并被传递至磷脂酰肌醇 4,5- 二磷酸（ PI(4,5)P2 ）。这一传递依赖于 FGF2 上高度特异的 PI(4,5)P2 头部基团结合口袋，该口袋包含 K127 、 R128 和 K133 关键残基（图2）。

FGF2 与 PI(4,5)P2 的相互作用触发其寡聚化，形成以二硫键连接的二聚体作为高级寡聚体的结构单元。这些二聚体构建块包含同型的 C95-C95 二硫键，该结构对于 FGF2 六聚体的形成及其向细胞外空间的非经典分泌至关重要（图2）。

由于单个 FGF2 分子可与多个 PI(4,5)P2 分子相互作用， FGF2 组装为四聚体和六聚体的过程导致 PI(4,5)P2 在纳米尺度上发生显著的局部聚集。 PI(4,5)P2 是一种具有不对称跨双层分布的非双分子层脂质，其局部积累触发了膜重塑事件，促使稳定的脂质双层转变为具有环形结构的脂质膜孔。这一过程得益于 PI(4,5)P2 不对称的跨膜分布降低了膜孔开放所需的能量屏障（图2）。

膜孔开放后，环状的 FGF2 寡聚体发生重排，形成允许 FGF2 穿越质膜的孔道结构。这一过程的关键完成步骤涉及细胞表面的磷脂酰肌醇蛋白聚糖 1 （ GPC1 ）。 GPC1 是一种定位于细胞表面的蛋白聚糖，其靠近质膜的硫酸乙酰肝素链含有 FGF2 的高亲和力结合位点。当定位于脂质膜孔内的 PI(4,5)P2 结合型 FGF2 寡聚体暴露于质膜外叶时， GPC1 通过其硫酸乙酰肝素链捕获 FGF2 。由于 FGF2 与 PI(4,5)P2 和硫酸乙酰肝素链的结合位点存在重叠，且 K133 残基对这两种相互作用均至关重要，因此 GPC1 能够竞争性地取代 PI(4,5)P2 。 FGF2 与 PI(4,5)P2 的相互作用以及其与硫酸乙酰肝素的相互作用被识别为相互排斥的特性，这构成了 FGF2 从细胞质侧向细胞外空间进行矢量性跨膜转运的分子基础（图2）。

跨膜转运完成后， FGF2 二聚体仍结合于细胞表面的硫酸乙酰肝素链上，或被储存，或参与形成激活 FGF 受体的三元信号复合物，从而启动自分泌或旁分泌信号传导。

② TMED10 介导的非经典分泌货物跨膜进入 ERGIC ：

在 III 型非经典分泌中，货物蛋白如何进入有膜细胞器一直是长期困扰领域的关键问题。近期的研究发现定位于内质网 - 高尔基体中间体（ ERGIC ）的跨膜蛋白 TMED10 是介导这一过程的核心调控分子。机制研究表明， TMED10 通过同源寡聚化在 ERGIC 膜上形成蛋白通道，使胞质中的非经典分泌蛋白得以由此进入 ERGIC 腔，进而被运输至胞外（图3）。

图 3 TMED10 介导的非经典分泌货物进入 ERGIC 及后续分泌过程模型

TMED 蛋白家族长期以来被认为是经典分泌途径的组织者，它们在亚家族间形成异源四聚体，并与多种货物受体结合。它们还能组装成大型复合物，帮助维持内质网稳态和组织膜接触位点。值得注意的是，在 ERGIC 膜上， TMED 蛋白从异源四聚体形态转变为同源寡聚体易位子（图3）。

后续研究揭示， Rab2A 和动力蛋白 KIF5B 将 ERGIC 分隔为两个亚区域：一个定位于高尔基体附近的 ERGIC-53 阳性的区域，和一个富含 TMED10 的特化区域。非经典分泌蛋白选择性进入 TMED10 阳性的，远离高尔基体的区域，而经典分泌蛋白则经由 ERGIC-53 标记的区域通过高尔基体继续运输（图3）。

货物如何从 ERGIC 运输至细胞外环境仍待阐明。基于现有研究， ATG9 囊泡代表了输出 ERGIC 来源非经典分泌货物的一种可能载体。此外，分泌型自噬体和循环内吞体可能作为下游区室，介导这些货物最终向细胞外输送。

③ GRASP 家族蛋白与 CUPS 介导的非经典分泌途径：

多项研究显示， GRASP 家族蛋白——黏菌中的 GrpA 、酵母中的 Grh1 以及哺乳动物细胞中的 GRASP55/GRASP65 ——参与独立于经典内质网 - 高尔基体运输途径的分泌事件，特别是针对 AcbA /Acb1 蛋白家族的分泌。随后在酵母中的研究证实， Grh1 是饥饿触发的 Acb1 分泌途径的关键组分。在营养应激条件下， Grh1 聚集于内质网出口位点（ ERES ）附近，并成核形成一个独特的膜性结构，被认为充当无信号肽货物释放的起始位点。相应地， GRASP55 已被证明参与哺乳动物系统中类似的非经典分泌过程。

三维电子显微镜揭示，饥饿诱导形成一种由相互连接的囊泡和管状结构组成的独特的 Grh1 富集结构。该细胞器被命名为非经典蛋白分泌结构（ Compartment for Unconventional Protein Secretion ，CUPS），充当此类非经典分泌途径的胞质蛋白的第一个分选枢纽。利用这一途径的货物在向下游运输前似乎被内化进入 CUPS 腔，但可溶性胞质因子如何跨越 CUPS 膜屏障的机制尚未阐明。

尽管 CUPS 在 ER 附近形成，但货物并不继续进入顺面高尔基体。近期研究强调了磷脂酰丝氨酸 / 翻转酶 Drs2 在稳定 CUPS 结构中的作用； Drs2 缺失导致 Grh1 分散为散在斑点，引发关于自噬因子和 SNARE 在此条件下能否组装功能性 CUPS 中间体的问题。

基于显微成像的分析表明， Drs2 占据反式高尔基体网络的一个特化亚区，并在营养剥夺期间与 Grh1 阳性膜发生瞬时相互作用。这些观察结果主张，来源于 CUPS 的运输中间体与修饰后的 TGN 特化亚区融合，而非与常规高尔基体膜囊融合。遗传学研究支持这一模型： Tlg2-Snc2 SNARE 配对对于 CUPS 生物发生以及 Acb1 和 SOD1 等标志性非经典蛋白分泌货物的分泌均是必需的（图4）。

在该途径的后期阶段，这个 Drs2 依赖的 TGN 结构亚区似乎充当第二个分选平台，引导非经典货物向质膜运输。已知 TGN 被细分为功能不同的微结构域， Drs2 可能界定了一个专门接收 CUPS 来源载体、同时防止其转向降解途径或逆向运输路线的区域。