近日，上海科技大学生命科学与技术学院刘艳芬课题组联合北京脑科学与类脑研究所叶一泓研究员、中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心张在荣研究员，受邀在国际学术期刊《细胞生物学趋势》(Trends in Cell Biology)在线发表题为“ER ubiquitin ligases: Substrate Recognition and Emerging Cellular Functions”的综述论文。该综述围绕真核生物细胞中内质网泛素连接酶（ER ubiquitin ligases），系统总结了其如何精准识别不同类型底物，并详细梳理了其在内质网质量控制及相关细胞功能中的最新研究进展。
内质网（Endoplasmic Reticulum, ER）是细胞内蛋白质折叠、加工与运输的重要场所。在蛋白质合成过程中，不可避免地会产生错误折叠或异常结构的蛋白质，这些“问题蛋白”若不能及时清除，将引发内质网应激并威胁细胞稳态。为应对这一挑战，细胞建立了多层质量控制机制，包括未折叠蛋白反应（UPR）、内质网相关降解（ERAD）以及内质网自噬（ER-phagy）。在其中，ER泛素连接酶发挥核心作用，通过对异常蛋白及其它底物进行选择性识别并加上泛素标签，引导其进入降解通路，从而维持内质网稳态。尽管这一体系在酵母中已被广泛研究，但在哺乳动物系统中，ER泛素连接酶种类众多、底物类型复杂，这些连接酶如何在复杂的胞内环境中精准识别底物，仍缺乏系统性认识。
该综述指出，ER泛素连接酶通过多种机制协同实现底物识别（图1）。例如，它们可通过识别异常的N-糖链修饰来判断蛋白折叠状态（图1a），也可通过感知暴露的异常结构或氨基酸序列特征（degron）识别错误折叠蛋白（图1b）。此外，这些连接酶既能识别未正确组装的跨膜蛋白并介导其降解（图1c），也能检测膜拓扑结构异常的蛋白（图1d），如插入方向错误或定位异常的膜蛋白，从而触发其降解。对于部分定位错误或插入异常的膜蛋白，需先经SPP切割，随后被泛素连接酶识别并导向降解通路（图1e）。同时，细胞内代谢状态的变化也可能诱导蛋白构象改变，从而触发其被识别和清除（图1f）。这些机制共同构建了一个灵活且又精准的质量控制体系，使细胞能够有效区分正常蛋白与异常蛋白。
图1. 内质网泛素连接酶识别底物的不同机制。
除了传统认知中的蛋白质质量控制作用外，ER泛素连接酶还广泛参与多种信号通路的调控：这些连接酶在内质网稳态维持中发挥重要作用，参与UPR通路调控以及内质网钙稳态的维持；同时，还通过调节关键酶的稳定性参与脂质代谢调控，进而影响胆固醇合成和脂滴形成。在免疫系统中，ER泛素连接酶能够调控STING、MAVS等关键免疫信号通路蛋白，从而影响免疫信号；而部分病毒甚至可以利用ER泛素连接酶，促进免疫相关分子的降解，从而实现免疫逃逸。这些研究表明，内质网不仅是蛋白质加工的重要场所，也是细胞代谢与信号调控的关键枢纽。
该综述进一步强调了ERAD与ER-phagy之间的功能交互与协同作用，两者在机制上存在两个层面的联系：一方面，ERAD相关的泛素连接酶可调控部分ER-phagy受体的活性；另一方面，一些被泛素化的底物可根据其生化性质及细胞环境，被选择性地分选至ERAD或ER-phagy途径进行降解。在不同生理状态及疾病条件下，这两条途径往往协同参与底物清除，共同维持内质网稳态。在此基础上，作者进一步提出了一个概念模型（图2）：在应对蛋白质折叠压力时，细胞可根据底物特性对其进行路径选择。一般而言，可溶性或较易处理的错误折叠蛋白更倾向于通过ERAD途径降解；而难以溶解的蛋白质聚集体则可能引发内质网结构改变，从而触发ER-phagy，以清除受损的内质网区域并恢复稳态（图2）。这一概念将ERAD与ER-phagy整合为协同运作的蛋白质稳态调控网络，使细胞能够在不同压力条件下灵活应对蛋白折叠危机。
图2. ERAD与ER-phagy协同调控内质网稳态。
文章最后指出，尽管该领域已取得重要进展，但仍存在许多关键科学问题有待解决。例如，不同E3连接酶之间的动态分工机制、底物选择性的精细调控，以及ERAD与ER-phagy之间的路径选择等问题，仍有待进一步解析。与此同时，随着靶向蛋白降解技术（如PROTAC和分子胶）的快速发展，利用E3泛素连接酶实现致病蛋白的精准清除，正逐渐展现出重要的研究价值和临床应用前景。
该综述从分子机制到系统功能，全面梳理了ER泛素连接酶在细胞中的多层次作用，将其从传统的质量控制因子拓展为动态调控网络中的关键节点，为深入理解细胞稳态调控及相关疾病机制提供了重要理论基础。
上海科技大学生命科学与技术学院2023级博士研究生赵青为该论文的第一作者，上海科技大学刘艳芬教授、北京脑科学与类脑研究所叶一泓特聘研究员和中国科学院生物与化学交叉研究中心张在荣研究员为该综述共同通讯作者。
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