黄 健,卢 博,邹 前，王光华综述，田洪艳，林冬静*审校

(吉林医药学院：1.2015级临床医学教改班，2.2014级临床医学2班，3.2016级临床医学教改班，4.2012级临床医学本科班,5.组织学与胚胎学教研室,吉林 吉林 132013)

哺乳动物的线粒体主要通过不断地分裂、融合维持其形态结构的动态平衡。线粒体融合蛋白2(mitofusin-2,Mfn2)作为线粒体融合蛋白家族的重要一员，不仅介导线粒体转运，调控线粒体-内质网结构偶联(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane,MAM)[1]，参与内质网应激、线粒体自噬(mitophagy)、增殖、凋亡等细胞生物活动[2]。长期高脂饮食，可引起Mfn2基因表达活性下降和线粒体形态结构异常，从而导致胰岛素抵抗状态[3]。Mfn2基因在骨肉瘤细胞中的表达明显低于正常组织细胞中的表达，增殖抑制[4]。Mfn2高表达的细胞G1期细胞增多，S期及G2期细胞减少，细胞被阻滞在G1期等改变[5]。在肌肉减少症中，Mfn2缺乏将会导致与衰老相关改变的肌肉萎缩和诱导自噬，并且会激发适应性线粒体自噬通路[6]。高血压、动脉粥样硬化、心衰等也与Mfn2有关。这将提示科研和医护人员以Mfn2为上述疾病预防和治疗的潜在作用靶点。

1 MFN2概述

Mfn2最早是由我国学者陈光慧等利用差异显示技术研究大鼠血管平滑肌细胞得到的一个与高血压相关的新基因[7]，拥有完全知识产权的基因。它曾命名为增殖抑制基因(hyperplasia suppressor gene,HSG)，后续研究发现该基因介导线粒体融合，故命名为线粒体融合蛋白2基因。

人类Mfn2由757个氨基酸残基组成，位于线粒体外膜上并且两次跨线粒体外膜，N端是P21ras共有模体及GTP酶结构域，C端的跨膜区上下游各有一段类似卷曲螺旋的7肽重复序列(HR1/2),这些共同组成了Mfn2的基本结构(图1)[8]。Mfn2除介导线粒体融合、线粒体转运，线粒体能量代谢以外，还与Ca2+信号途径有关[9]。Mfn2还存在与线粒体相连的内质网结构表面，可与线粒体上Mfn1形成异源二聚体或者Mfn2形成同源二聚体，维持线粒体和内质网的连接[10]。

图 1 Mfn2结构示意图

2 Mfn2调节线粒体自噬的机制

线粒体自噬是细胞选择性地通过自噬泡包裹受损线粒体并被溶酶体降解的过程[11]。线粒体自噬可以清除受损线粒体以保证细胞内线粒体的质量，维持细胞稳态以适应细胞生存环境。Mfn2调节线粒体自噬体现在两个不同阶段，一是在自噬体形成的起始阶段调节，二是在自噬体成熟阶段调节[12]，主要机制包括以下三方面。

2.1 Mfn2通过调节线粒体形态间接影响线粒体自噬

当正常线粒体接收细胞应激，未折叠蛋白反应或饥饿等信号时，线粒体发生去极化并生成两个子线粒体，线粒体膜的电化学浓度梯度改变，其中有一个线粒体的膜电位上升，使其更易与其他线粒体发生融合回归线粒体网络;另一个线粒体的膜电位降低，使其从线粒体网中隔离后通过线粒体自噬途径降解，说明线粒体融合可以竞争性抑制线粒体自噬。同时给予氨基酸缺乏刺激，Mfn2敲除的果蝇S2R+细胞中线粒体自噬较正常细胞明显增加，进一步论证了线粒体分裂促进线粒体自噬，反之融合则抑制线粒体自噬。当发生线粒体自噬时，Mfn1/2首先被PTEN诱导假定激酶1(PTEN induced kinase 1,PINK1)磷酸化后，再被由PINK1选择性磷酸化并招募至线粒体上的Parkin(E3泛素连接酶，ser-thr kinase)泛素化修饰后经蛋白酶体降解，抑制受损线粒体融合，改变线粒体形态学及影响线粒体动力学，从而正向调节线粒体自噬[13]。

2.2 Mfn2通过影响线粒体转运及其核周聚集间接调控线粒体自噬

Mfn1/2直接与微管系统结合进而影响线粒体转运，而发生线粒体自噬时，下调的Mfn2使线粒体转运受阻更易于发生线粒体自噬[14]。ROJO等发现，过表达Mfn2明显促进线粒体聚集在核周区域独立的骨架，使线粒体膜保持与线粒体紧密接触，参与线粒体结构的修改，同时不干扰的内外膜的完整性[15]。线粒体融合度增加[16]，线粒体延长，线粒体网扩大，从而抑制线粒体自噬。

2.3 Mfn2直接参与调节线粒体自噬

Mfn2作为Parkin线粒体膜上的受体直接参与调节线粒体自噬[17]，被PINK1磷酸化的Mfn2能与Parkin结合，使其定位于线粒体外膜上，Parkin泛素化修饰Mfn1/2，从而抑制线粒体融合，使受损线粒体单独存在。此时自噬相关基因(autophagy related gene,Atg)12首先由E1样酶Atg7活化，之后转运至E2样酶Atg10，最后与Atg5结合。Atg12-Atg5复合物与Atg16结合形成Atg12-Atg5-Atg16复合物，最终Atg12-Atg5-Atg16复合物和微管相关蛋白1轻链3(microtubule associated protein light chain 3，LC3)的复合体定位在细胞内未知膜上[18]。未知膜通过未知的信号靶向定位在单个去极化的线粒体上，进而未知膜完全包围在单个发生去极化损伤的线粒体表面形成线粒体自噬体。Atg12-Atg5-Atg16与LC3-Ⅱ复合物释放到自噬体表面，一旦自噬体与溶酶体融合，自噬体内的LC3-Ⅱ即被溶酶体中的水解酶降解[19]。

3 展 望

随着研究的不断深入和领域的拓展，发现Mfn2除了抑制细胞增殖和介导线粒体融合，还对细胞能量代谢、信号转导、凋亡、线粒体自噬等生命活动过程均有重要调节作用，还参与构成MAMs结构。Mfn2功能的多样性预示着广泛的应用前景。事实上，Mfn2在肿瘤、运动性神经性疾病和心血管系统疾病治疗中的价值已得到重视。尽管如此，目前仍有众多科学问题亟待解决，如Mfn2在自噬中的作用机制、Mfn2又是如何调节UPR、Mfn2在MAM结构中是否发挥其他作用、Mfn2与体内其他信号通路是否还有作用、又与哪些信号通路有关系、是正向调控还是反向抑制，这些问题的解决有助于进一步认识Mfn2在生物学中的作用机制。

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