大腦功能的實現依賴于神經元蛋白質組在時空上的精準調控。神經元通過將 mRNA 運輸到神經突進行局部翻譯，以此適應神經元遠端區域蛋白質組的需求。mRNA 定位和局部翻譯對于神經元的正常功能和維持至關重要，一旦這些過程失調，便可能引發神經系統疾病。如今，越來越多的研究表明，細胞器在樹突和軸突中 mRNA 定位及局部翻譯的調控中發揮著關鍵作用。本文將探討細胞器介導 mRNA 定位的現有證據，并梳理相關未解決的問題。

神經元的正常發育和功能，需要蛋白質在不同神經元亞區室（如胞體、樹突、軸突、生長錐、突觸）進行嚴格的時空定位。為實現這一目標，神經元在一定程度上依賴于 mRNA 定位和局部蛋白質合成。大量研究顯示，局部蛋白質合成對多種神經元功能的正常運行至關重要，是神經元存活的關鍵因素。事實上，局部翻譯失調與多種神經系統疾病的發生密切相關。

在神經元亞區室中，已鑒定出數千種 mRNA，它們呈現出動態且不均勻的分布。這種不均勻分布可通過 mRNA 的主動運輸來實現。mRNA 與 RNA 結合蛋白（RBPs）相互作用，形成無膜的核糖核蛋白（RNP）復合物或 RNA 顆粒。RBPs 能夠通過 mRNA 3’非翻譯區（UTR）中的特定序列或 “郵政編碼”，將 mRNA 招募到這些顆粒中，從而調控 mRNA 的定位。此外，mRNA 的穩定性也會對其定位產生影響。RNA 顆粒的組成具有異質性，它們可以與馬達蛋白結合，進而被運輸到樹突和軸突中。除了這種 “直接” 的 mRNA 運輸方式，近期研究發現，多種膜結合細胞器可通過共運輸的方式介導 mRNA 定位。

近年來，越來越多的研究證實，mRNA 和 RBPs 會與內吞溶酶體系統的囊泡（如早期內體 [EEs]、晚期內體 [LEs] 和溶酶體）共同運輸，進入神經元亞區室。內吞溶酶體還能為局部翻譯提供平臺。目前，內吞溶酶體介導 mRNA 定位的分子機制和調控方式正逐漸明晰。ANXA11 被確定為 LAMP1?內吞溶酶體與 RNA 顆粒之間的連接蛋白，而 Rab5 相關的 FERRY 復合物則可將部分 mRNA 連接到 EEs 上。不過，這些連接蛋白如何介導特定 RNA 顆粒的結合，以及是否存在這種特異性結合，仍有待進一步研究。多數研究發現，只有部分移動的 RNA 顆粒會與內吞溶酶體囊泡共運輸，這表明這種結合可能是有條件的，會根據局部細胞需求進行調節。例如，ANXA11 與溶酶體的結合依賴于 Ca2?和磷脂水平，G3BP1 陽性 RNA 顆粒與脂質體的相互作用則同時依賴于 ANXA11 和 Ca2?。因此，內吞溶酶體鈣通道（如 TRPML1）可通過局部釋放 Ca2?，調節 ANXA11 的活性，進而影響 RBP/mRNA 的結合。此外，mRNA 與囊泡的結合還可能受 mRNA 翻譯狀態的影響。在 HeLa 細胞中的研究發現，多種編碼內吞和細胞骨架蛋白的 mRNA，會以翻譯依賴的方式與 EEA1?囊泡結合，且這種結合在七種不同的非神經元細胞系中均存在。后續還需深入探究在神經元中，mRNA 與內吞溶酶體的結合是如何受翻譯狀態以及內外源信號調節的，這對于理解 mRNA 釋放和局部翻譯的精準時空控制及特異性具有重要意義。

盡管內吞溶酶體在神經元 mRNA 定位中具有重要作用，但仍存在諸多疑問。一方面，不同研究使用了多種不同的標記蛋白（EEA1、Rab5、Rab6、Rab7、LAMP1、LAMP2A）來研究這種共運輸現象，這引發了為何 mRNA 會與如此多種不同囊泡結合的疑問。即便部分標記蛋白可能存在于同一囊泡中，但推測某些囊泡的內在特性可能被用于實現對特定 mRNA 定位或翻譯的時空控制，也有可能不同囊泡運輸不同的 mRNA 子集。囊泡的選擇及其運輸特性可能決定了特定 mRNA/RBPs 的動態變化（反之亦然）。目前，雖然對運輸特性的詳細系統分析較少，但已有研究觀察到 mRNA 在內吞溶酶體上既有順向運輸，也有逆向運輸，且有研究發現，在 LAMP1?或 LysoTracker?囊泡上，mRNA/RBPs 的逆向運輸更為明顯，這可能與溶酶體的降解功能相關，為運輸與 mRNA/RBPs 的清除和降解偶聯提供了一種機制。另一方面，目前多數研究集中在軸突亞區室，雖然在樹突中也觀察到了共運輸現象，但不同亞區室之間是否存在分子或功能差異尚不明確。為更深入了解內吞溶酶體介導的 mRNA 運輸的功能耦合和特異性，需要進行更系統的研究，包括詳細分析囊泡特性、精確繪制共運輸的 mRNA 種類，以及明確它們靶向的神經元亞區室。

線粒體在軸突和樹突中特定 mRNA 的定位和共運輸過程中也發揮著作用。在神經突中，靠近線粒體的位置檢測到了核糖體的存在。值得注意的是，與線粒體定位并共運輸的 mRNA，通常是核編碼的線粒體 mRNA。這些 mRNA 既可以直接與線粒體共運輸，也可以通過內吞溶酶體介導的 mRNA 運輸靶向到線粒體。相較于內吞溶酶體介導的 mRNA 運輸，目前對于神經突中 mRNA 與線粒體結合的分子機制和調控了解較少。SYNJ2BP 被鑒定為一種線粒體 RBP，它能與神經元特異性的 SYNJ2a 蛋白結合，介導 Pink1 mRNA 在胞體和樹突中靶向到線粒體。Pink1 mRNA 的結合表現出翻譯依賴性。另一種 RBP，CLUH，可調節線粒體 mRNA 向軸突的定位，其作用可能是通過調節 mRNA 穩定性而非運輸來實現。在非神經元細胞中，已鑒定出多種調節 mRNA 靶向線粒體和 / 或在線粒體上翻譯的蛋白質，但它們在神經突中的作用尚未得到研究。

線粒體轉錄本的定位有助于其局部翻譯，新合成的蛋白質可能會在共翻譯過程中被導入線粒體，從而維持線粒體的功能。例如，Pink1 mRNA 在線粒體上的正確靶向和翻譯，能夠確保線粒體外膜上持續有新合成的 PINK1 蛋白供應，這是線粒體受損時，PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬途徑有效激活的必要條件。此外，線粒體位于翻譯位點，可能通過將需要消耗 ATP 的蛋白質合成過程直接定位到 ATP 來源附近，從而優化蛋白質的生產。還有研究發現，線粒體的分裂依賴于 FMRP?RNA 顆粒將 MFF mRNA 正確靶向到線粒體的中間區域。有趣的是，FMRP 與線粒體結合的持續時間在樹突中比在軸突中更長，但目前尚不清楚線粒體上的 mRNA 運輸或定位在其他亞區室是否存在特異性差異，以及這種差異與樹突和軸突線粒體的形態或功能差異有何關聯。

內質網（ER）的主要功能之一是支持蛋白質合成，但它在神經元 mRNA 定位和局部翻譯中的作用卻鮮少被研究。神經元中的 ER 具有分區分布的特點，ER 池似乎局限于胞體 - 樹突區域，而軸突中僅含有 ER 小管。在樹突中，已發現存在經典的粗面 ER 蛋白和局部翻譯的證據，尤其是在分支點和突觸處。在軸突中，也有越來越多的證據表明，在特定的軸突亞區，如分支點和生長錐，存在與 ER 結合的核糖體。研究發現，軸突 ER 小管參與局部蛋白質合成，這一過程由 ER 駐留蛋白 P180/RRBP1 促進，對神經元的正常發育具有重要作用。不過，目前對于其他 ER 蛋白是否參與支持局部蛋白質合成，以及 ER 在軸突和樹突蛋白質合成中的分子機制和具體貢獻仍不清楚。

ER 在調節神經元 mRNA 定位方面的作用也未得到充分研究。然而，近期在非神經元細胞中的多項研究表明，ER 能夠與 RNA 顆粒相互作用。這些相互作用可能通過調節 RNA 顆粒的形成和大小，以及為 mRNA 交換提供平臺，來決定 mRNA 是進行翻譯還是儲存。在神經元中，雖然目前尚不清楚 RNA 顆粒是否與 ER 接觸，但這些研究提示了 ER - RNA 顆粒接觸可能調節神經元 mRNA 定位和翻譯的可能性。此外，近期兩項研究報道，在樹突和軸突中存在所謂的 ER 衍生的核糖體相關囊泡，盡管這些結構在神經突中的存在仍有待進一步證實，但它們可能為將核糖體運輸到神經突以支持局部翻譯提供了一種途徑。

過去二十年的研究充分表明，細胞器并非獨立發揮作用，它們之間會頻繁且動態地相互接觸，以此調節自身的功能和形態。在神經元中也觀察到了類似現象，線粒體、內吞溶酶體囊泡、ER 以及核糖體常常彼此靠近。這表明神經元 mRNA 定位和局部翻譯可能是多個細胞器共同作用的結果，上述多項研究也為這一觀點提供了證據。

多項研究反復觀察到，內吞溶酶體囊泡、線粒體與 mRNA 及局部翻譯位點存在共定位現象。在視網膜神經節細胞（RGC）軸突中，翻譯熱點通常與 Rab7?囊泡和線粒體同時出現；在大鼠海馬神經元中，裝載在 FERRY?囊泡上的 mRNA 與線粒體共定位。值得注意的是，這些共定位的 mRNA 中包含核編碼的線粒體 mRNA，這表明內吞溶酶體囊泡可將這些 mRNA 靶向到線粒體，以維持線粒體的正常功能。研究發現，通過敲除 Bloc - one 相關復合物（BORC）亞基，破壞 LAMP1?/LAMTOR4?囊泡的軸突運輸，會導致軸突中線粒體和核糖體蛋白 mRNA 減少，進而引起局部蛋白質合成減少、軸突損傷，以及線粒體缺陷。

目前尚不清楚為何線粒體 mRNA 向軸突和樹突的運輸存在多種方式（內吞溶酶體介導、線粒體直接運輸，以及可能的 “直接” 運輸）。內吞溶酶體介導的 mRNA 靶向線粒體可能具有獨特優勢，這些較小且更具運動性的囊泡能夠將 mRNA 精確地定位到線粒體的特定位置。例如，LAMP1?/Rab7?囊泡常在線粒體分裂前出現在其附近，它們可能有助于將 FMRP?RNA 顆粒精確地定位到線粒體中間區域。這種囊泡介導的定位依賴于 Rab7 的活性，這也解釋了內吞溶酶體介導 mRNA 運輸到線粒體的另一個原因，即能夠調節特定 mRNA 在何時沉積到線粒體上進行翻譯。在 HeLa 細胞中，溶酶體 - 線粒體接觸依賴于激活的 Rab7，而 Rab7 本身可由線粒體 GTP 酶激活蛋白 TBC1D15 調節。在 RGC 軸突中，Rab7 的活性會影響內吞溶酶體 - 線粒體接觸的持續時間以及內吞溶酶體上的翻譯過程。

無論是在非神經元細胞還是神經元細胞中，ER 都與其他細胞器頻繁接觸。在非神經元細胞中，多項研究表明 ER 能夠調節包括內吞溶酶體囊泡和線粒體在內的細胞器的分裂 / 融合和定位。在神經元中也觀察到了類似現象，但這種調節對 mRNA 定位的影響尚不明確。研究發現，軸突前的 ER 小管能夠調節 LAMP1?囊泡的分裂及其隨后向軸突的轉運。由于 mRNA 可與軸突中的 LAMP1?囊泡共運輸，因此探究 ER 小管是否能夠特異性地控制 mRNA 進入軸突具有重要意義，這可能對線粒體和軸突的健康產生影響。進一步推測，ER 可能通過其對細胞器定位和大小的調節功能，調控許多與其他細胞器共運輸的 mRNA 的轉運，而且這種調節功能可能具有亞區室特異性。在發育中的原代嚙齒動物神經元中，觀察到一種軸突 ER 梯狀結構，它圍繞微管形成緊密的支架，影響局部細胞器的分布。如果亞區室特異性的 ER 結構會影響細胞器分布，那么這可能是實現亞區室特異性 mRNA 定位的潛在機制。

上述研究的證據表明，mRNA 的精確定位、局部翻譯以及隨后的亞細胞事件定位是由多個細胞器共同協調完成的。例如，線粒體的分裂依賴于內吞溶酶體囊泡將 RNA 顆粒精確地定位到線粒體分裂位點；在小鼠海馬神經元中，線粒體、ER 和 LEs / 溶酶體之間的協調相互作用，對于 Pink1 的定位和局部翻譯至關重要。持續的線粒體定位新生的 PINK1 蛋白，是線粒體質量控制的關鍵，這需要 Pink1 mRNA 從線粒體上脫離，重新定位到靠近 Rab7?、TMEM192?或 LAMP1?囊泡的 ER 膜附近的核糖體上。有研究認為，ER 有助于促進線粒體 - 內吞溶酶體接觸、Pink1 的翻譯，以及新生 PINK1 蛋白向線粒體的轉運。在健康線粒體的情況下，內吞溶酶體可能有助于快速降解自噬體或新生的 PINK1，從而抑制線粒體自噬。內吞溶酶體囊泡與 ER 的接觸也可能標記最佳的翻譯位點。在 U - 2 OS 細胞中，編碼膜 / 分泌蛋白的 mRNA 的翻譯，優先發生在 ER 小管連接處且靠近 LAMP1?囊泡的位置。LAMP1?囊泡的靠近可能通過釋放氨基酸，尤其是在氨基酸缺乏的情況下，促進翻譯過程，同時這些囊泡也可能將 mRNA 定位到這些翻譯位點。此外，ER 連接處增加的曲率和表面積，被認為是核糖體的最佳�？课稽c，有利于形成更大的多聚核糖體陣列。而且，基于 ER 的翻譯可能比胞質翻譯產生更高的蛋白質表達水平。鑒于軸突 ER 小管是局部翻譯的位點，且在神經元中觀察到了 ER - 溶酶體接觸，因此在神經元中可能也存在類似的事件。綜合來看，這些研究指向了一個有趣的模型，即多個細胞器的靠近能夠創造一個組合微環境，為精確的神經元 mRNA 定位和最佳翻譯提供條件，進而調節亞細胞事件。

如前文所述，mRNA 的定位受到不同細胞器和多種因素的復雜調控。在過去十年中，越來越多的研究表明，mRNA 運輸或局部翻譯的中斷與多種神經系統疾病相關，這其中包括運動蛋白和 RBPs 的多種致病突變。此外，大量證據顯示，細胞器接觸位點的失調也與神經系統疾病有關。

值得注意的是，目前已鑒定出的少數細胞器 - mRNA 連接蛋白均與疾病相關。FERRY 復合物亞基 TBCK、PPP1R21 或 C12orf4 的突變會導致多種神經系統疾病，ANXA11 的突變則在肌萎縮側索硬化（ALS）患者中被發現。對于線粒體連接蛋白 SYNJBP2，雖然證據相對間接，但在運動神經元疾病患者細胞系中觀察到了其表達上調。

此外，越來越多的證據表明，影響細胞器運輸、細胞器接觸位點或細胞器身份 / 功能的蛋白質致病突變，會對 mRNA 運輸或局部翻譯產生影響。例如，BORC 亞基的突變會導致一種嬰兒期神經退行性疾病。在誘導多能干細胞（iPSC）衍生的神經元中，敲除 BORC 亞基 BORCS5 或 BORCS7 會阻止 LAMP1?囊泡向軸突的運輸，進而導致軸突中特定 mRNA 子集的缺失，最終引發線粒體缺陷和軸突丟失。類似地，導致 CMT2B 的 Rab7 突變會干擾線粒體 mRNA 的局部翻譯和線粒體的完整性。

最后，ER 塑形蛋白的突變可能通過多種方式影響 mRNA 定位和局部翻譯。例如，RTN2 的突變會導致遺傳性痙攣性截癱（HSP），可能是通過改變軸突 ER 的形狀來影響 mRNA 定位。Lunapark 的突變會導致一種罕見的神經發育疾病，Lunapark 對 ER 連接處的選擇性翻譯至關重要。

為何這些通常廣泛表達的基因發生突變會導致神經系統疾病呢？一方面，部分細胞器 - mRNA 的結合似乎具有神經元特異性，如 Pink1 mRNA 與線粒體的結合在非神經元細胞中并未觀察到。另一方面，軸突和樹突中 ER 的獨特形狀及其相關功能，可能解釋了為何神經元對 ER 形狀的變化更為敏感。此外，神經元的長度和極性使其更容易受到運輸缺陷的影響，并且更依賴局部翻譯來維持細胞器和結構的穩定。

綜合近期研究，一個復雜的細胞器接觸和 mRNA 定位協調機制逐漸清晰，它能夠調節選擇性局部翻譯，維持神經元的功能和健康。除了文中重點討論的細胞器，可能還有其他細胞器參與這一復雜的調控過程。在 HeLa 細胞中，通過大規模篩選 mRNA 定位，發現特定 mRNA 在高爾基體處富集；在細胞系中，mRNA 定位對高爾基體結構具有支持作用；在酵母中，過氧化物酶體膜蛋白的翻譯發生在過氧化物酶體上。由此推測，沿神經突運輸的其他囊泡，如致密核心囊泡或突觸囊泡，也可能共運輸特定的 mRNA，以實現局部翻譯與神經元功能的空間耦合。

技術的進步為研究提供了更有力的工具，如 GI - SIM、光譜成像、CLEM 等技術，能夠實現對多個細胞器和 mRNA/RNA 顆粒的高分辨率同時