分泌路径（Secretory Pathway）详解

Secretory Pathway（分泌路径）是蛋白质转运的重要途径之一，分泌路径是内质网（ER）和高尔基体（Golgi）、溶酶体（Lyso）、质膜（PM）以及胞外等的蛋白质折叠、修饰和质量控制系统。

新合成的蛋白质通过信号识别粒子（SRP）靶向进入分泌路径，进入内质网进行折叠和修饰，随后在分泌路径中进行一系列转运和定位活动（如：通过 ER 和高尔基之间的囊泡转运、定位于 ER、在高尔基体内修饰、通过高尔基体转运蛋白等），最后蛋白从高尔基体离开，靶向定位进入后高尔基体运输（包括溶酶体，质膜和细胞外间隙）。

蛋白质是由氨基末端肽（称为信号肽）合成的，它允许蛋白质穿过内质网的膜。信号肽由 13-16 个疏水性氨基酸组成，由蛋白质和核糖核酸组成的复合物识别，称为信号识别粒子（SRP）。当信号肽在翻译过程中从核糖体中出现时，SRP 与之结合并停止翻译，然后将新的蛋白质 - 核糖体复合物靶向 ER 膜的细胞质面，在那里它与 SRP 受体结合。随后，新的蛋白质 - 核糖体复合物从 SRP 及其受体中释放出来，转移到一个叫做 “translocon” 的水膜通道中，翻译恢复。新的蛋白质通过翻译子共同翻译转移到内质网腔，在许多情况下，信号肽被一种特定的信号肽酶裂解。
 

图片来源：Secretory Pathway，S Shikano and K J Colley, University of Illinois, Chicago, IL, USA

许多蛋白质被一个氨基端疏水信号肽靶向进入分泌途径，以允许它们在内质网膜上进行共翻译转位。上图中，[1] 信号识别粒子（SRP）识别新蛋白的信号肽。[2] 核糖体 - 新的蛋白质 - SRP 复合物与内质网膜上的 SRP 受体相互作用。[3] 核糖体 - 新的蛋白质复合物被转移到易位子通道，蛋白质继续合成，蛋白质通过水通道移动。[4] 当新蛋白进入内质网腔时，其信号肽被信号肽酶裂解，伴侣蛋白结合以帮助折叠，寡糖蛋白转移酶复合物（OST）在 N - 连接糖基化过程中将寡糖（箭头）转移到天冬酰胺残基上。[5] 可溶性蛋白质缺乏额外的疏水序列，通过易位子转运，在内质网腔中完成折叠和修饰。[6] I 型完整膜蛋白有第二疏水序列，它被分成脂质双层，并作为跨膜段。这些蛋白质的氨基末端位于细胞器的管腔内，或在转运到质膜时位于细胞外，而其羧基末端则位于细胞质中。[7] 与具有可切割氨基末端信号肽的蛋白质不同，II 型完整膜蛋白有一个不可清除的信号锚定，它将蛋白质靶向分泌途径，然后分配到脂质双层中作为跨膜段。这些蛋白质的氨基端在细胞质中，而羧基端在细胞器的管腔或细胞外。在内质网水平进入的可溶和完整的膜蛋白如不需要停留在那里，可以通过膜囊泡将其从内质网转运到通路中的其他位置。

蛋白质通过囊泡在内质网和高尔基体之间移动，这些囊泡被一套特殊的细胞质蛋白包裹，形成 COP-Ⅰ 和 COP-Ⅱ 外壳。COP-Ⅱ 包被囊泡从 ER 转移到中间隔室 / 顺式高尔基体，而 COP-Ⅰ 包被的囊泡则从高尔基体转移回内质网，也可以介导高尔基池之间在顺行（向质膜）和逆行（向内质网）方向的转运。
 

囊泡转运的过程可分为三个阶段：“货物” 选择和出芽、靶向以及融合。在第一阶段，COP 包被的作用是选择货物离开隔室，并帮助膜变形使囊泡出芽。它们在 ADP 核糖基化因子（ARF；COP-Ⅰ 特异）和 Sar1p（COP-Ⅱ 特异）的帮助下聚集在膜上。囊泡出芽后，ARF 和 Sar1p 水解三磷酸鸟苷（GTP）导致囊泡脱开。在第二和第三阶段，运输囊泡和靶膜上的栓系蛋白相互作用使膜结合在一起。这使得囊泡相关的 SNARE 蛋白（可溶性 NSF 附着蛋白受体）和靶膜相关 SNARE 蛋白形成复合物。随后在 SNARE 蛋白复合物中的构象变化将膜结合在一起进行融合。另一组 Rabs 通过招募和激活通路中的各种蛋白质，在多个水平上控制着囊泡转运的过程。
 

高尔基体由一堆扁平的池组成，池中含有酶和其他蛋白质，这些蛋白质参与了对新合成的蛋白质的进一步修饰和加工。它被分为顺 - 中 - 反池，然后是一个小管和小泡网状结构称为 TGN。N - 连接的糖基化过程是通过特定池中的糖苷酶和糖基转移酶的作用完成的。同样，丝氨酸和苏氨酸残基的糖基化（O - 连接糖基化）是由其他糖基转移酶完成的。一些修饰也发生在高尔基，例如，蛋白质和碳水化合物被磺基转移酶硫酸化，一些蛋白质在丝氨酸和苏氨酸残基上被高尔基激酶磷酸化。此外，消化酶（胰蛋白酶、羧肽酶）和激素（胰岛素）等蛋白质作为非活性前体，必须在高尔基体晚期或后高尔基体室进行蛋白质水解处理，使之成为活性物质。

图片来源：Secretory Pathway，S Shikano and K J Colley, University of Illinois, Chicago, IL, USA
 

两种高尔基体蛋白质转运模型的比较。在囊泡转运模型中，货物蛋白在囊泡中的池之间移动，而高尔基酶则保留在它们的驻留池中。[1] COP-Ⅱ 包被囊泡将新的蛋白质从内质网转运到中间室（IC）。[2] 逃离内质网的驻留内质网蛋白可在 COP-Ⅰ 包被囊泡中从 IC 中回收。[3] COP-Ⅰ 包被囊泡还可在高尔基池之间以逆行和顺行方式（渗透小泡）运输蛋白。在池成熟模型中，蛋白在顺式结构面进入一个新的池，并被驻留的高尔基酶修饰（成熟），这些高尔基酶以逆行的方式连续运输到顺序成熟的池中。[1a] COP-Ⅱ 包被囊泡将新的蛋白质从内质网转运到 IC，在那里形成新的顺式池。[2a] 逃避内质网的驻留内质网蛋白可以在 COP-Ⅰ 包被的囊泡中从 IC 中回收。[3a] 高尔基酶在 COP-Ⅰ 包被囊泡中以逆行的方式运输，以改变早期池中的货物蛋白。蛋白质从 TGN 中退出的机制在这两种模型中是共同的即 [4] 网格蛋白包被的囊泡介导晚期内切体（LE）- 溶酶体转运，而 [5] 其他蛋白质以调节或组成的方式分泌到质膜或细胞外间隙。
 

溶酶体是一个降解的小室，含有许多酸性水解酶，这些水解酶可以消化蛋白质、脂类和碳水化合物。大多数溶酶体酶向溶酶体的运输需要这些酶的 N - 连接糖上的甘露糖 6 - 磷酸残基。甘露糖 6 - 磷酸残基由 TGN 中的受体识别，这些受体介导新溶酶体酶结合到网格蛋白包被的囊泡，以进入晚期内体。这些被网格蛋白包裹的囊泡从 TGN 移动并与晚期内体融合，腔 pH 值降低导致溶酶体酶与受体分离。这些酶随后被运送到溶酶体，而受体则循环到 TGN。一些缺乏甘露糖 6 - 磷酸残基的溶酶体膜蛋白也通过网格蛋白包被的囊泡运输到溶酶体，而另一些则被运输到细胞表面，并入内吞过程中使用的一套不同的网格蛋白包被的囊泡，然后通过晚期的内体运输到溶酶体。

在许多细胞类型中，膜相关蛋白和可溶性蛋白组成性地移动到质膜上，而不需要特定的信号。组成性分泌的蛋白质包括受体、通道蛋白、细胞粘附分子、可溶性细胞外基质和血清蛋白。其他蛋白质，如激素和神经递质是针对分泌小泡的，这些小泡参与内分泌和外分泌细胞、某些类型的免疫细胞和神经元的调节分泌。这些小泡一直处于分泌准备状态，直到导致细胞内钙水平升高的细胞外信号触发其内容物的胞外释放。

膜室之间的囊泡运输需要细胞微管和运动蛋白。微管产生于一种称为微管组织中心（MTOC）的结构，微管的负端被锚定。运动蛋白是一类能够沿细胞骨架表面运动的分子马达。它们由 ATP 的水解提供动力，并将化学能转化为机械功。例如，几种类型的驱动蛋白马达向微管正端运输囊泡货物，而细胞质动力蛋白 - dynactin 将小泡运输到负端。此外，某些种类的非传统肌球蛋白沿着肌动蛋白丝传递货物。例如，沿微管从内质网到高尔基体的囊泡运输依赖于动力蛋白 - dynactin 复合物，而从高尔基体到内质网的逆向运输，如内质网驻留蛋白的再循环，很可能是驱动蛋白依赖性驱动蛋白也参与了与 TGN 不同的贩运途径，包括运输到晚期内体和分选到构成和调节分泌囊泡。运动蛋白向膜泡的募集是由各种分子促进的，包括外套蛋白、模块化支架蛋白、跨膜蛋白、小 gtpase 和其他运动蛋白。

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Invent 柱式法快速蛋白提取及亚细胞结构分离，助力蛋白转运研究好帮手！