LYSET是维持溶酶体酶正确运输的重要高尔基体膜蛋白，可通过调控GNPT和甘露糖-6-磷酸通路维持溶酶体降解能力。部分肿瘤细胞在营养匮乏环境中依赖溶酶体分解胞外蛋白获取氨基酸，使LYSET成为连接溶酶体功能与癌细胞代谢适应的重要研究靶点。

        关键词：LYSET；TMEM251；GNPTAB；甘露糖-6-磷酸；M6P；溶酶体；大胞饮；肿瘤代谢

1 LYSET与溶酶体酶转运概述

1.1 溶酶体酶与M6P运输系统

        溶酶体含有多种酸性水解酶，负责蛋白质、脂质、糖类和核酸等大分子的降解。多数可溶性溶酶体酶在内质网合成并进入高尔基体后，需要获得甘露糖-6-磷酸（mannose-6-phosphate，M6P）标记，随后被M6P受体识别并运输至内体和溶酶体。

1.2 M6P标记的形成

（1）GNPT催化

        在顺式高尔基体中，GlcNAc-1-磷酸转移酶（GlcNAc-1-phosphotransferase，GNPT）识别溶酶体水解酶，并将GlcNAc-1-磷酸转移至其高甘露糖型N-聚糖。GNPT由GNPTAB编码的α/β亚基和GNPTG编码的γ亚基组成，是溶酶体酶M6P标记形成的关键酶复合物。

（2）NAGPA暴露M6P

        NAGPA编码的uncovering enzyme去除末端GlcNAc，使M6P基团暴露，形成可被M6P受体识别的溶酶体分选信号。

（3）M6P受体介导分选

        阳离子依赖型和阳离子非依赖型M6P受体在反式高尔基网络识别带有M6P标记的溶酶体酶，并将其运输至内体。随着内体环境酸化，水解酶与受体分离，受体循环返回高尔基体，而水解酶继续进入成熟溶酶体。

1.3 LYSET的分子定位

        LYSET（lysosomal enzyme trafficking factor，亦称TMEM251或GCAF）是一种主要定位于高尔基体的跨膜蛋白。LYSET本身不是溶酶体水解酶，也不是M6P受体，而是维持GNPT稳定、成熟和高尔基体定位的重要调控因子，位于溶酶体酶M6P标记形成的上游环节。

2 LYSET调控溶酶体酶运输的机制

2.1 LYSET–GNPT复合物

        LYSET可与GNPTAB编码的GNPTα/β前体形成复合物。GNPTα/β需要维持于高尔基体并经过Site-1 Protease（S1P/MBTPS1）切割，形成具有正常催化功能的成熟α、β亚基。LYSET参与GNPT稳定、蛋白水解加工及功能维持，使溶酶体酶能够获得正常的M6P标记。

2.2 GNPT的高尔基体定位

        LYSET不仅影响GNPT活性，还参与GNPT在高尔基体中的定位和回收。研究显示，LYSET的胞质区域可连接GOLPH3和Retromer相关运输系统，帮助LYSET–GNPT复合物维持在高尔基体，并减少GNPT错误进入内体—溶酶体途径后发生降解。

2.3 LYSET缺失导致M6P运输障碍

（1）溶酶体酶错误分泌

        LYSET缺失后，GNPT稳定性、成熟和催化功能下降，多种可溶性溶酶体水解酶不能正常获得M6P标记。这些酶无法被M6P受体有效分选至溶酶体，而更多进入组成型分泌途径，导致细胞内溶酶体水解酶水平下降。

（2）溶酶体降解能力下降

        当Cathepsin等水解酶不能充分到达溶酶体时，内吞和自噬来源的底物难以完成终末降解，可出现未降解物质积累、溶酶体形态改变以及自噬底物清除受阻等表型。

3 癌细胞对LYSET的代谢依赖

3.1 胞外蛋白提供替代营养来源

        实体瘤内部常存在低灌注、营养物质不足和代谢竞争。部分癌细胞可通过大胞饮（macropinocytosis）摄取白蛋白等胞外蛋白，将其输送至溶酶体并降解为游离氨基酸，从而补充细胞生长和生物合成所需的营养物质。

3.2 LYSET维持胞外蛋白利用

        胞外蛋白被摄取进入细胞后，必须经过具有完整水解酶体系的溶酶体降解才能释放可利用的氨基酸。LYSET缺失后，Cathepsin等可溶性溶酶体酶发生运输障碍，进入内吞—溶酶体系统的胞外蛋白不能被充分水解，使癌细胞利用胞外蛋白补充营养的能力下降。

3.3 自噬底物降解依赖

        自噬可将细胞内蛋白质和细胞器运输至溶酶体，降解后回收氨基酸、脂质等代谢物。LYSET缺失造成的溶酶体水解酶不足可限制自噬底物终末降解，使依赖细胞内物质回收维持蛋白稳态和营养供应的肿瘤细胞受到进一步限制。

3.4 营养压力下的选择性依赖

        LYSET并非在所有培养条件下都表现为癌细胞生长必需因子。当环境能够直接提供充足游离氨基酸时，部分LYSET缺失细胞仍可维持增殖；当游离氨基酸受限、细胞需要依赖胞外蛋白作为替代营养来源时，LYSET缺失造成的生长缺陷明显增强。

4 LYSET相关的肿瘤代谢脆弱性

4.1 溶酶体蛋白质营养获取

        大胞饮负责将胞外蛋白输入细胞，溶酶体蛋白水解则负责将这些大分子转化为可利用的营养物质。LYSET位于水解酶进入溶酶体之前的M6P运输环节，干预LYSET可同时影响多种可溶性溶酶体水解酶，而不是仅限制单一Cathepsin的功能。

4.2 溶酶体降解网络

        LYSET缺失可同时影响内吞底物、自噬底物及其他依赖溶酶体水解酶的降解过程。对于具有较高营养回收和蛋白质降解需求的癌细胞，M6P酶运输障碍可能形成覆盖多个溶酶体降解过程的代谢脆弱性。

4.3 正常组织依赖与治疗窗口

        LYSET也是正常M6P溶酶体酶运输系统的重要组成部分。TMEM251功能缺陷可导致严重的溶酶体贮积病样表型，说明长期、全身性完全抑制LYSET可能同时损害正常组织。LYSET肿瘤靶向的关键在于利用癌细胞在营养压力下增强的溶酶体依赖，而不是完全关闭正常细胞的溶酶体酶运输。

5 LYSET相关的主要干预策略

5.1 LYSET直接靶向

        目前LYSET功能研究主要依赖CRISPR/Cas9敲除、CRISPRi及RNA干扰等遗传学方法，尚缺乏经过充分验证并进入成熟开发阶段的LYSET选择性小分子抑制剂。LYSET与GNPT相互作用界面、跨膜区域及其高尔基体定位机制为后续直接药理干预提供了研究基础。

5.2 LYSET–GNPT运输复合物干预

        LYSET通过GNPT、GOLPH3及Retromer相关运输系统维持M6P通路。干扰LYSET–GNPT结合、GNPT成熟或LYSET参与的高尔基体回收过程，均可能降低溶酶体酶M6P标记和运输效率，但这些策略目前仍主要处于机制研究阶段。

5.3 溶酶体酸化与蛋白水解抑制

（1）溶酶体酸化抑制

        V-ATPase维持溶酶体酸性环境，为多数酸性水解酶提供适宜的催化条件。巴佛洛霉素A1可抑制V-ATPase，氯喹可干扰酸性细胞器环境，两类工具均可降低溶酶体终末降解能力，用于与LYSET缺失形成的酶运输障碍进行功能比较。

（2）Cathepsin抑制

        E-64d、VBY-825及不同Cathepsin抑制剂可直接降低溶酶体蛋白水解能力，用于验证胞外蛋白利用、自噬底物降解及癌细胞营养适应是否依赖Cathepsin介导的终末水解。

5.4 胞外蛋白摄取与自噬干预

        EIPA常用于抑制大胞饮相关过程，降低胞外蛋白摄取；3-甲基腺嘌呤等工具则可干预自噬相关信号。分别阻断外源蛋白输入和细胞内物质回收，可用于解析癌细胞对LYSET–溶酶体降解系统依赖的营养来源。

6 LYSET研究进展

6.1 LYSET与胞外蛋白营养利用

（1）营养条件下的遗传筛选

        2022年，研究人员通过营养限制条件下的全基因组遗传筛选鉴定出TMEM251。当癌细胞缺乏游离必需氨基酸、需要利用胞外蛋白维持生长时，TMEM251缺失显著限制细胞增殖，由此将该蛋白命名为lysosomal enzyme trafficking factor（LYSET）。

（2）溶酶体酶运输缺陷

        LYSET缺失可显著降低溶酶体酶的M6P标记，并导致多种水解酶异常分泌，使胞外蛋白和自噬底物的溶酶体降解受到抑制，建立了LYSET介导的溶酶体酶运输与癌细胞营养适应之间的联系。

6.2 LYSET与M6P酶转运

（1）独立遗传筛选

        同期的独立遗传学研究同样鉴定出LYSET，并发现其缺失可造成广泛的溶酶体水解酶运输异常和Cathepsin功能下降，进一步确定LYSET是M6P依赖性溶酶体酶转运的重要组成部分。

（2）人类遗传学证据

        TMEM251致病变异可造成溶酶体水解酶运输障碍及溶酶体贮积病样表现，将LYSET的功能从细胞筛选延伸至人类遗传疾病，也显示其对正常溶酶体稳态具有基础性作用。

6.3 GCAF/TMEM251与GNPT激活

（1）GNPT加工调控

        TMEM251还被鉴定为GNPTAB cleavage and activity factor（GCAF）。研究发现，LYSET/GCAF参与S1P介导的GNPTAB前体加工，并维持GNPT正常催化功能，使溶酶体水解酶获得M6P靶向标记。

（2）溶酶体稳态变化

        TMEM251缺失后可出现M6P标记减少、水解酶异常分泌、未降解底物积累以及溶酶体形态改变，将GNPT加工和活性障碍与整体溶酶体功能异常连接起来。

6.4 GOLPH3–Retromer–LYSET调控

（1）高尔基体定位机制

        进一步的机制研究表明，LYSET的胞质区域参与连接GOLPH3和Retromer相关运输系统，使LYSET–GNPT复合物维持于高尔基体或从内体途径回收，限制GNPT错误进入溶酶体降解通路。

（2）GNPT稳定与成熟

        LYSET功能受损后，GNPT高尔基体定位、稳定性及蛋白水解成熟均可受到影响，最终降低M6P标记形成和溶酶体水解酶运输效率，使LYSET从单纯的GNPT辅助因子进一步延伸为连接GNPT加工、定位和回收的运输调控节点。

7 产品

7.1 溶酶体酸化与蛋白水解研究产品

7.2 胞外蛋白利用与自噬研究产品

7.3 溶酶体、高尔基体与Cathepsin研究产品

        LYSET通过维持GNPT功能和M6P依赖的溶酶体酶运输，使癌细胞能够利用胞外蛋白及细胞内回收底物应对营养压力。其研究价值主要集中于肿瘤细胞的溶酶体代谢依赖，而直接针对LYSET的药理干预仍处于早期靶点验证阶段。

参考文献

[1] Pechincha C, Groessl S, Kalis R, et al. Lysosomal enzyme trafficking factor LYSET enables nutritional usage of extracellular proteins. Science. 2022;378(6615):eabn5637.

[2] Richards CM, Jabs S, Qiao W, et al. The human disease gene LYSET is essential for lysosomal enzyme transport and viral infection. Science. 2022;378(6615):eabn5648.

[3] Zhang W, Yang X, Li Y, et al. GCAF(TMEM251) regulates lysosome biogenesis by activating the mannose-6-phosphate pathway. Nat Commun. 2022;13:5351.

[4] Jabs S, Groessl S, Pechincha C, et al. LYSET/TMEM251—A novel key component of the mannose 6-phosphate pathway. Autophagy. 2023.

[5] Lemberg MK, Jabs S. Lysosomal enzyme trafficking: from molecular mechanisms to human diseases. Trends Cell Biol. 2024;34(3):198–210.

更多相关文章，详见下方：

[1] 溶酶体在代谢和自身免疫性疾病中的作用

[2] 动物造模——肿瘤疾病模型