高尔基体后转运是维持细胞生理功能的关键过程，但其调控机制尚不明确。该研究构建了可由布雷菲德菌素 A（BFA）可逆调控高尔基体后物质转运的哺乳动物细胞实验体系，结合活细胞成像、电子显微技术与生化分析，对糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白（GPI‑AP）的转运过程开展解析。研究直接观察到反式高尔基体网络向高尔基体相关回收内体（GA‑REs）的物质转运过程，证实回收内体可由反式高尔基体网络结构逐步成熟而来，成熟后的回收内体会从高尔基体堆脱离，成为游离的回收内体。接头蛋白 AP‑1 不参与反式高尔基体网络向回收内体的物质转运，主要负责介导高尔基体相关回收内体从高尔基体堆的解离过程，AP‑1 缺失会造成 GPI‑AP 向细胞膜转运延迟。

该研究由 Arata Takiguchi、Ho Tung Shek、Shogo Sasaki、Tatsuya Tago、Taisei Uehara、Yumi Goto、Kiminori Toyooka、Kazuo Kurokawa、Takuro Tojima、Akihiko Nakano、Makoto Maeda、Takunori Satoh、Akiko K. Satoh 完成，论文标题为《Reversible control of post‑Golgi transport by brefeldin A reveals recycling endosome maturation during glycosylphosphatidylinositol‑anchored protein transport》，于2026年7月在线发表于《Nature Communications》。

重要发现

01

细胞模型构建与功能验证

野生型细胞中BFA 会抑制 GBF1，造成高尔基体整体被重吸收进入内质网，无法单独研究高尔基体后转运。研究利用 CRISPR‑Cas9 敲入技术，在 HeLa 细胞基因组引入 BFA 抗性的 GBF1^M832L等位基因，获得改造细胞株。该细胞内 GBF1 功能不受 BFA 影响，但 BFA 依旧可以抑制 BIG1、BIG2，实现对高尔基体后转运的单独操控。

基因组工程改造的对布雷菲德菌素A（BFA）具有抗性的GBF1细胞

药物处理与细胞存活检测证实，单拷贝GBF1^M832L就可以抵消 Golgicide A 与 BFA 对 GBF1 的抑制作用。在 BFA 处理条件下，改造细胞的高尔基体堆整体结构与顺‑反极性可以维持，不会向内质网发生重分布，但 BIG1、BIG2 依旧会被 BFA 捕获在膜结构上。在该细胞模型中，BFA 处理会造成 ARF1、ARF3 从回收内体膜上解离，回收内体的运动能力显著下降，高尔基体相关回收内体与高尔基体堆之间的结合、解离事件频次大幅降低。

02

多模态成像解析货物蛋白转运行为

研究使用超分辨共聚焦活细胞成像显微镜（SCLIM）开展活细胞动态观测，同时结合 APEX2 电子显微标签、相关光电镜联合技术（CLEM），将荧光成像的动态信息与电镜的超微结构信息相互对应。微管完整状态下，BFA 处理仅延缓货物转运，高尔基体膜会生成大量无分选特异性的管状结构向外输出 GPI‑AP、VSVG、TNFα 等多种货物；微管解聚之后，BFA 可以完全阻断货物从高尔基体堆向外输出，货物会滞留在反式高尔基体网络区域。

超分辨率共聚焦活细胞成像显微镜细胞成像

经BFA处理的\(GBF1M832\)细胞中货物运输延迟

BFA 洗脱后，ARF1、ARF3 快速重新招募至高尔基体膜，被阻滞的高尔基体后转运恢复运行。活细胞时序成像记录到，GPI‑AP 首先定位于反式高尔基体网络，之后信号逐步与 Rab11a 回收内体标志物重合，证明反式高尔基体网络膜结构可以直接成熟为高尔基体相关回收内体。电子显微观测可见大量携带 GPI‑AP 的管状、串珠样囊泡结构，该类结构同时带有回收内体标志物，属于正在成熟的高尔基体相关回收内体。

03

AP‑1 在回收内体成熟解离中的功能解析

研究构建AP‑1 敲除的 GBF1^M832L细胞系，用来解析接头复合体 AP‑1 的生理功能。成像结果显示，AP‑1 缺失细胞依旧可以完成从反式高尔基体网络到高尔基体相关回收内体的货物转运，回收内体可以正常发生 Rab11a 标志物的富集；但回收内体运动能力下降，高尔基体相关回收内体无法正常从高尔基体堆解离，形成大量拉长的管状膜结构，最终造成 GPI‑AP 向细胞膜的转运出现延迟。

BFA 会阻断诺考达唑处理的 \(GBF1 ^{M S321 }\) 细胞中货物从高尔基体囊泡的排出

BFA 洗脱后的时序成像表明，AP‑1 会和 ARF1、ARF3 同步招募至 GPI‑AP 富集的膜区域，AP‑1 优先与 GPI‑AP 发生共定位，而不与 CD‑M6PR 共定位。结合电镜结果说明，AP‑1 并不驱动回收内体的膜成熟过程，主要参与管状膜结构的断裂，介导高尔基体相关回收内体与高尔基体堆之间的解离。

基于全部实验，论文提出回收内体成熟混合模型：ARF1/3 向 Rab11 的转换驱动反式高尔基体网络向回收内体的膜身份转换，AP‑1‑网格蛋白复合体负责后续膜断裂，完成成熟回收内体的释放。

GPI-锚定蛋白在布雷非德菌素A洗脱后进入再循环内体

创新与亮点

该研究解决了传统BFA 处理会造成高尔基体解体，无法单独解析高尔基体后转运的成像难题。借助基因编辑构建 BFA 抗性细胞，建立可可逆开关高尔基体后转运的哺乳动物实验体系，实现货物同步阻滞与同步释放。

将SCLIM 活细胞超分辨时序成像、APEX2 标记电镜、光电镜联合技术结合，既捕捉细胞器毫秒‑分钟尺度动态行为，又解析纳米尺度膜超微结构，打通动态荧光信号与膜形态结构的对应关系。该成像组合方案可直接用于分泌通路细胞器成熟、囊泡出芽断裂的机制研究，为分泌类疾病相关细胞表型观测提供可复用的成像范式。

总结与展望

该工作建立BFA 可逆调控高尔基体后转运的哺乳动物细胞系统，证实回收内体可以由反式高尔基体网络膜直接成熟生成，区分膜身份成熟与膜解离两个独立步骤，明确 ARF1/3‑Rab11 转换介导膜成熟，AP‑1 主要执行膜断裂解离。后续可依托这套成像体系，进一步解析 BIG1/BIG2 下游更多效应分子，以及半融合囊泡这类特殊膜结构的生理功能，拓展对高尔基体后分选分子网络的理解。

论文信息

声明：本文仅用作学术目的。

Takiguchi, A., Shek, H.T., Sasaki, S. et al. Reversible control of post-Golgi transport by brefeldin A reveals recycling endosome maturation during glycosylphosphatidylinositol-anchored protein transport. Nat Commun 17, 7262 (2026). 

doi:https://doi.org/10.1038/s41467-026-75784-1