文献阅读笔记2 | IL-1β 的非经典分泌途径

Tue, 13 Oct 2026 00:00:00 +0000

文献阅读笔记2 | IL-1β 的非经典分泌途径

一句话总结：
这篇 1990 年的论文发现，缺乏信号肽的 IL-1β 不经过经典的 ER–Golgi 途径，而是通过一种新型的、应激增强的分泌途径从激活的人单核细胞中释放；部分 IL-1β 存在于抗蛋白酶消化的细胞内囊泡中，提示囊泡可能参与其加工和分泌。

文献信息

项目	内容
标题	A novel secretory pathway for interleukin-1β, a protein lacking a signal sequence
作者	Anna Rubartelli, Federico Cozzolino, Marina Talio, Roberto Sitia
单位	Istituto Nazionale per la Ricerca sul Cancro, Genova; University of Firenze, Italy
期刊	EMBO Journal
年份	1990
关键词	interleukin-1; secretion; signal sequence; endoplasmic reticulum; translocation

研究背景

大多数分泌蛋白在 N 端带有 13–30 个疏水氨基酸组成的信号肽，引导其共翻译地进入内质网（ER），随后经高尔基体运输到分泌囊泡，最终释放到胞外。这是经典的 ER–Golgi 分泌途径。

但白细胞介素-1（IL-1）是一个例外。IL-1α 和 IL-1β 是激活单核细胞产生的重要炎症细胞因子，它们没有典型的信号肽，免疫电镜和亚细胞分级也未能证明它们存在于 ER 或高尔基体中。那么，IL-1β 到底是如何被分泌的？这篇论文就是要回答这个问题。

主要方法

细胞：LPS 激活的人外周血单核细胞；U937 细胞系（可产生 IL-1β 但不分泌）。
代谢标记：用 [³⁵S] 甲硫氨酸或 [³⁵S] 半胱氨酸进行脉冲-追踪标记。
免疫沉淀：用抗 IL-1α、抗 IL-1β、抗 IL-6、抗 TNFα 等抗体沉淀目标蛋白。
SDS-PAGE 与放射自显影：分析蛋白迁移和加工。
药物处理：BFA、monensin、methylamine、DNP、CCCP、A23187、环己酰亚胺、tunicamycin 等。
亚细胞分级：差速离心获得胞质和颗粒组分，再用胰蛋白酶消化检测膜保护。
细胞活力检测：台盼蓝排斥和 LDH 活性测定，排除细胞死亡导致的蛋白释放。

主要结果

1. IL-1β 被选择性分泌，而 IL-1α 不分泌

LPS 激活的单核细胞中，IL-1α 和 IL-1β 都在胞内合成，主要以 33 kDa 的 pro-IL-1 形式存在。但培养上清中只能检测到 17 kDa 的成熟 IL-1β，没有 IL-1α，也没有 pro-IL-1β。这说明 IL-1β 的分泌是选择性的，且伴随加工。

2. 分泌不是细胞死亡导致的

上清中没有胞内蛋白和 LDH；
冻融杀死细胞后，只释放未成熟的 33/29 kDa pro-IL-1β，不释放 17 kDa 成熟形式；
说明 17 kDa IL-1β 的分泌需要活细胞。

3. 不依赖经典 ER–Golgi 途径

BFA 和 monensin 能阻断 IL-6 和 TNFα 的分泌，却不抑制 IL-1β，反而增加其分泌；
IL-1β 没有被 N-糖基化（tunicamycin 处理不影响其迁移），也不在 ER 中；
这些证据表明 IL-1β 不进入 ER，走的是非经典途径。

4. 分泌受多种条件调节

条件	对 IL-1β 分泌的影响
Methylamine	抑制
18°C	抑制
无血清培养基	抑制
42°C	增加
A23187（钙离子载体）	增加
BFA	增加
Monensin	增加
DNP（解偶联剂）	增加
CCCP（解偶联剂）	增加
环己酰亚胺	不抑制（不需要新蛋白合成）

Methylamine 也抑制 p46 的分泌，而 DNP 增加 IL-1β 和 p46 的分泌，提示两者可能共用同一分泌途径。

5. 部分 IL-1β 存在于抗胰蛋白酶的囊泡中

亚细胞分级显示，IL-1β 同时存在于胞质和颗粒组分中。颗粒组分中的 IL-1β 大部分不被胰蛋白酶消化，说明它被膜保护；加去垢剂 NP-40 后变得可被消化。IL-1α 的保护程度较低。
在 U937 细胞中，IL-1β 只存在于胞质，颗粒组分和上清中都没有，且全部可被蛋白酶消化。这提示含 IL-1β 的囊泡是分泌途径的一部分。

6. 加工可能与分泌偶联

颗粒组分在 37°C 孵育后，17/33 kDa 比例升高，提示 33→17 kDa 的加工可能发生在囊泡中。但在完整细胞的 NP-40 裂解物中检测不到 17 kDa，说明加工可能发生在分泌过程中或囊泡释放时。

结论与意义

IL-1β 通过一种非经典、应激增强的分泌途径释放，不依赖 ER–Golgi。
部分 IL-1β 存在于细胞内囊泡中，这些囊泡可能参与其加工和分泌。
分泌可被 methylamine、低温、无血清抑制，被 42°C、钙离子载体、BFA、monensin、DNP、CCCP 增加。
作者推测该途径可能涉及内体循环、自噬、MDR 转运蛋白或热休克蛋白，但具体机制尚不清楚。
这种非经典途径可能也用于其他无信号肽的胞外蛋白，如 bFGF、PD-ECGF、ADF、factor XIIIa 和酵母 a-factor。

我的思考

这篇论文发现部分 IL-1β 在囊泡内被加工，但未鉴定囊泡身份。我的一个不成熟的思路是：如果 IL-1β 在囊泡内被加工，那么加工它的酶也必然存在于同一囊泡中。因此，是不是可以通过鉴定加工酶的身份，反向推断囊泡的来源？至于加工酶的身份，有没有可能可以通过其他白细胞介素进行推测和探明？

后续研究表明，IL-1β 的主要加工酶是 caspase-1，而 caspase-1 本身定位于内溶酶体/分泌性溶酶体相关区域。这些囊泡通常带有 cathepsin D 和 LAMP-1 等溶酶体标志物。因此，如果 IL-1β 囊泡内存在活性 caspase-1，就强烈提示这些囊泡来源于内溶酶体系统，而不是自噬体等其他膜结构。

这一逻辑也能帮助区分不同囊泡来源：自噬体虽然也包裹细胞质成分，但其经典命运是与溶酶体融合降解，且后续研究表明自噬对 IL-1β 分泌可能起抑制作用，而非促进。因此，加工酶的身份可以作为“分子指纹”，用来反推分泌囊泡的细胞器来源。

仅为一点想法，可能不切实际。

专业词汇表

单词	音标	释义	生化医学专业含义	解释
interleukin	/ˌɪntəˈluːkɪn/	白细胞介素	一类由白细胞分泌的细胞因子，调节免疫和炎症反应	IL-1、IL-6 等都属于白细胞介素
cytokine	/ˈsaɪtəkaɪn/	细胞因子	细胞分泌的小分子蛋白，介导细胞间信号传递	包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子等
necrosis	/neˈkrəʊsɪs/	坏死	细胞被动死亡，常伴随膜破裂和内容物释放	与细胞凋亡不同
tumor necrosis factor	/ˈtjuːmə neˈkrəʊsɪs ˈfæktə/	肿瘤坏死因子	一种促炎细胞因子，可诱导肿瘤细胞坏死	缩写 TNF，有 TNFα 和 TNFβ
glycosylation	/ˌɡlaɪkəsɪˈleɪʃn/	糖基化	蛋白质或脂质上连接糖链的修饰过程	N-连接糖基化发生在 Asn 残基上，是 ER 中常见修饰
apparatus	/ˌæpəˈreɪtəs/	器官、装置	此处指高尔基体（Golgi apparatus）	细胞内负责蛋白质加工和分选的细胞器
egress	/ˈiːɡres/	外出、出现	指蛋白质从 ER 离开，进入高尔基体	BFA 可阻止 ER 出口
lipopolysaccharide	/ˌlɪpəʊˌpɒliˈsækəraɪd/	脂多糖	革兰氏阴性菌细胞壁成分，可激活免疫细胞	缩写 LPS，常用于激活单核细胞
signal sequence	/ˈsɪɡnəl ˈsiːkwəns/	信号序列	N 端疏水氨基酸序列，引导蛋白进入 ER	也称 leader sequence 或 signal peptide
endoplasmic reticulum	/ˌendəʊˈplæzmɪk rɪˈtɪkjʊləm/	内质网	蛋白质合成、折叠和糖基化的细胞器	缩写 ER
Golgi apparatus	/ˈɡɒldʒi ˌæpəˈreɪtəs/	高尔基体	蛋白质加工、分选和包装的细胞器	经典分泌途径的中间站
brefeldin A	/ˈbrefeldɪn eɪ/	布雷菲德菌素 A	抑制 ER 到高尔基体的运输	缩写 BFA
monensin	/məˈnensɪn/	莫能菌素	阻断高尔基体内的蛋白质运输	一种离子载体抗生素
methylamine	/ˈmeθɪləmiːn/	甲胺	弱碱，可抑制内吞和溶酶体功能	本论文中抑制 IL-1β 分泌
trypsin	/ˈtrɪpsɪn/	胰蛋白酶	丝氨酸蛋白酶，用于消化蛋白质	本论文中用于检测囊泡保护
vesicle	/ˈvesɪkl/	囊泡	细胞内由膜包裹的小泡	参与运输、分泌、自噬等
cytosol	/ˈsaɪtəsɒl/	胞质溶胶	细胞质中除细胞器外的可溶部分	蛋白质合成和代谢的主要场所
particulate fraction	/pɑːˈtɪkjʊlət ˈfrækʃn/	颗粒组分	离心后得到的膜性细胞器沉淀	与胞质组分相对
immunoprecipitation	/ˌɪmjʊnəʊprɪˌsɪpɪˈteɪʃn/	免疫沉淀	用抗体特异性沉淀目标蛋白	常与 SDS-PAGE 联用
SDS-PAGE	/ˌes diː es peɪdʒ/	SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳	分离蛋白质的常用电泳方法	根据分子量分离
pulse-chase	/pʌls tʃeɪs/	脉冲-追踪	短时间标记后追踪蛋白命运	研究蛋白质合成、加工和分泌
LDH	/ˌel diː ˈeɪtʃ/	乳酸脱氢酶	胞质酶，细胞死亡时释放	用于检测细胞裂解
tunicamycin	/ˌtjuːnɪkəˈmaɪsɪn/	衣霉素	抑制 N-连接糖基化	缩写 Tm
cycloheximide	/ˌsaɪkləʊˈheksɪmaɪd/	环己酰亚胺	抑制蛋白质合成	缩写 CEX
DNP	/ˌdiː en ˈpiː/	二硝基苯酚	氧化磷酸化解偶联剂	降低 ATP 水平
CCCP	/ˌsiː siː siː ˈpiː/	羰基氰氯苯腙	解偶联剂，抑制氧化磷酸化	降低 ATP 水平
A23187	/eɪ ˌtuː θriː wʌn eɪti sevən/	钙离子载体	增加胞内钙浓度	本论文中增加 IL-1β 分泌
heat shock protein	/hiːt ʃɒk ˈprəʊtiːn/	热休克蛋白	应激条件下表达的分子伴侣	缩写 hsp，如 hsp70
autophagy	/ɔːˈtɒfədʒi/	自噬	细胞降解自身成分的过程	与 IL-1β 囊泡来源可能相关
endocytosis	/ˌendəʊsaɪˈtəʊsɪs/	内吞	细胞摄取胞外物质的过程	methylamine 可抑制内吞
MDR	/ˌem diː ˈɑː/	多药耐药	外排转运蛋白，可运输多种底物	酵母 a-factor 分泌需要 STE6，与 MDR 同源
bFGF	/ˌbiː ef dʒiː ˈef/	碱性成纤维细胞生长因子	无信号肽的胞外生长因子	可能也走非经典分泌途径
PD-ECGF	/ˌpiː diː iː siː dʒiː ˈef/	血小板衍生内皮细胞生长因子	无信号肽的胞外蛋白	可能共用非经典途径
ADF	/ˌeɪ diː ˈef/	成人 T 细胞白血病衍生因子	硫氧还蛋白样分子，无信号肽	由白血病 T 细胞释放
factor XIIIa	/ˈfæktə ˈθɜːtiːn eɪ/	凝血因子 XIIIa	参与血液凝固，无信号肽	可能通过非经典途径分泌
translocation	/ˌtrænzləˈkeɪʃn/	易位	蛋白质穿过膜的过程	经典途径中进入 ER
co-translational	/ˌkəʊ trænzˈleɪʃənl/	共翻译的	蛋白质合成同时进行易位	经典分泌途径的特点
post-translational	/ˌpəʊst trænzˈleɪʃənl/	翻译后的	蛋白质合成完成后再易位	酵母和线粒体中的方式
reducing milieu	/rɪˈdjuːsɪŋ miːˈljɜː/	还原环境	含自由巯基，防止二硫键形成	ER 是氧化环境，可能对 IL-1β 有害
autocrine	/ˈɔːtəkrɪn/	自分泌	细胞分泌因子作用于自身	与受体共定位可能导致异常激活

图片来自网络，展示IL-1β的结构。

Interleukin-1β on SHY's LAND

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文献信息

研究背景

主要方法

主要结果

1. IL-1β 被选择性分泌，而 IL-1α 不分泌

2. 分泌不是细胞死亡导致的

3. 不依赖经典 ER–Golgi 途径

4. 分泌受多种条件调节

5. 部分 IL-1β 存在于抗胰蛋白酶的囊泡中

6. 加工可能与分泌偶联

结论与意义

我的思考

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