BECLIN 1; BECN1

HGNC 批准的基因符号：BECN1

细胞遗传学位置：17q21.31 基因组坐标（GRCh38）：17:42,810,131-42,824,281（来自 NCBI）

▼ 描述

Beclin-1参与自噬的调节，在发育、肿瘤发生和神经退行性疾病中发挥重要作用（Zhong et al., 2009）。

▼ 克隆与表达

原型细胞抗凋亡基因 Bcl2（151430）可减少辛德比斯病毒复制和辛德比斯病毒诱导的小鼠大脑细胞凋亡，从而预防致命性脑炎。为了鉴定 Bcl2 相互作用的基因产物，Liang 等人（1998）对成年小鼠脑文库进行了酵母 2 杂交筛选。梁等人（1998）鉴定出 beclin，一种新型卷曲螺旋蛋白，使用荧光共振能量转移（FRET）显微镜证实其与哺乳动物细胞中的 Bcl2 相互作用。他们从标准化的人类婴儿大脑 cDNA 文库中克隆了人类 beclin。人类 beclin 编码一种包含卷曲螺旋区域的新型 450 个氨基酸蛋白质，在该区域内它与肌球蛋白样蛋白质具有有限的同源性（参见 160780）。人和小鼠 beclin 的氨基酸序列具有 98% 的同一性。还鉴定出了秀丽隐杆线虫和酿酒酵母 beclin 同源物。对人 beclin 的 PROSITE 分析检测到几个潜在的糖基化、磷酸化和肉豆蔻酰化位点，但没有检测到其他功能序列基序。对小鼠和成人组织的 Northern 印迹分析揭示了广泛的 beclin 表达。2.2-kb 转录物在人类骨骼肌中的含量最高，并且在所有检查的组织中均达到可检测的水平。在一些组织中，观察到额外的 1.7-和 1.4-kb 转录本，表明存在选择性剪接转录本。人类海马和额叶皮层切片的免疫过氧化物酶染色揭示了这些区域的许多神经元以及一些神经胶质细胞中的 beclin 免疫反应性。在神经元中，beclin 表现出颗粒状、

▼ 基因结构

Aita 等人（1999）报道了beclin-1的基因组结构。beclin-1 基因由 12 个外显子组成，延伸超过人类基因组的 12 kb。艾塔等人的结果（1999）指出人乳腺癌细胞系经常含有 beclin-1 等位基因缺失，但不含有 beclin-1 编码突变。

▼ 测绘

通过包含在映射克隆中，Liang 等人（1998）将人类 beclin 基因定位到染色体 17q21。艾塔等人（1999）通过 FISH 证实 BECN1 基因存在于乳腺癌细胞系中通常缺失的 17q21 区域内，并指出 BECN1 基因位于 BRCA1 基因约 150 kb 着丝粒处（113705）。

▼ 基因功能

梁等（1998）发现 beclin 的氨基酸 88 至 150 足以介导与 BCL2 的相互作用。该区域还与 BCLXL（参见 600039）相互作用，BCLXL 是一种抑制细胞凋亡的相关 BCL2 家族成员。Beclin 不与促进细胞凋亡的家族成员 BAX（600040）发生反应。BCL2 和 BCLXL 中阻断死亡阻遏蛋白活性的突变也会阻断与 beclin 的结合。梁等人（1998）观察到 beclin 可以防止辛德比斯病毒神经毒株的感染，已知该毒株可以克服 Bcl2 的保护作用。他们表明，beclin 减少了小鼠大脑中辛德比斯病毒的复制，并减少了辛德比斯病毒诱导的小鼠大脑中的细胞死亡。

自噬过程或通过自噬体-溶酶体途径大量降解细胞蛋白质的过程对于正常生长控制很重要，并且在肿瘤细胞中可能存在缺陷。然而，人们对哺乳动物细胞自噬的遗传介质或其在肿瘤发展中的作用知之甚少。Beclin-1被发现与酵母自噬基因apg6/vps30具有结构相似性，并且在40%至75%的散发性人类乳腺癌和卵巢癌中被单等位基因缺失。梁等人（1999）使用基因转移技术证明，beclin-1 通过靶向破坏 apg6/vps30 来促进自噬缺陷型酵母和人 MCF7 乳腺癌细胞中的自噬。beclin-1 在 MCF7 细胞中的自噬促进活性与抑制 MCF7 细胞增殖、体外克隆形成、和裸鼠肿瘤发生。此外，内源性 beclin-1 蛋白表达在人乳腺上皮癌细胞系和组织中通常较低，但在正常乳腺上皮细胞中普遍存在高水平。因此，梁等人（1999）得出结论，beclin-1是一种哺乳动物自噬基因，可以抑制肿瘤发生，并且在人类乳腺癌中表达水平降低。梁等人（1999）表明自噬蛋白表达的减少可能有助于乳腺癌和其他人类恶性肿瘤的发生或进展（1999）得出结论，beclin-1是一种哺乳动物自噬基因，可以抑制肿瘤发生，并且在人类乳腺癌中表达水平降低。梁等人（1999）表明自噬蛋白表达的减少可能有助于乳腺癌和其他人类恶性肿瘤的发生或进展（1999）得出结论，beclin-1是一种哺乳动物自噬基因，可以抑制肿瘤发生，并且在人类乳腺癌中表达水平降低。梁等人（1999）表明自噬蛋白表达的减少可能有助于乳腺癌和其他人类恶性肿瘤的发生或进展。

短的富含亮氨酸的核输出信号（NES）首次在人类免疫缺陷病毒 1（HIV-1） Rev 蛋白中发现，也存在于 RNA 输出所需的病毒和细胞蛋白中。NES 与核输出受体 CRM1（602559）和 RanGTP（参见 602362）形成复合物。复合物的形成可以被杀菌剂leptomycin B阻断。通过结构分析，Liang等人（2001）在 BECN1 的第 180 至 189 位确定了一个 NES。荧光显微镜显示野生型BECN1在细胞核和细胞质中表达，而经leptomycin B处理的BECN1或NES中携带亮氨酸突变的BECN1仅在细胞核中表达。突变体BECN1无法促进基础或营养剥夺诱导的自噬，并且无法在体外或体内抑制乳腺癌细胞的生长。梁等人。

在酵母 2-杂交筛选中，Yue 等人（2002）在小鼠中检测到 Becn1 和 nPist（606845）之间的相互作用，他们使用 GST 下拉测定、共免疫沉淀测定和共定位实验证实了这一点。在转染细胞中，他们证明 nPist 和 Becn1 可以协同作用诱导自噬。岳等人（2002）提出 nPist、Grid2（602368）和 Becn1 在体内小脑浦肯野细胞中形成复合物，并表明在 Grid2 突变 lucher 小鼠中破坏该复合物会导致 lurcher 浦肯野细胞中自噬的激活。

于等人（2004）定义了一种新的分子途径，其中受体相互作用蛋白（RIP; 603453）、丝氨酸-苏氨酸激酶和 Jun 氨基末端激酶（601158）的激活诱导具有自噬形态的细胞死亡。自噬死亡需要基因 ATG7（GSA7; 608760）和 beclin-1，并由半胱天冬酶-8（601763）抑制诱导。于等人（2004）警告说，涉及半胱天冬酶抑制剂的临床疗法可能会阻止细胞凋亡，但也会产生促进自噬性细胞死亡的意想不到的效果。

奥维达尔等人（2007）表明单纯疱疹病毒（HSV）-1的神经毒力蛋白ICP34.5与人BECN1的C末端结合并抑制其自噬功能。ICP34.5 的 GADD34（PPP1R15A; 611048）同源结构域对于 BECN1 结合是可有可无的。缺乏ICP34.5 BECN1结合域的突变体HSV-1无法抑制人类神经元的自噬，并且导致小鼠致命性脑炎的能力受损。然而，突变病毒能够在 Pkr（PRKR; 176871） -/- 小鼠中介导神经毒力。奥维达尔等人（2007）得出结论，HSV-1 ICP34.5 介导的 BECN1 自噬功能拮抗作用对于病毒神经毒力至关重要，并且 PKR 在宿主针对 HSV-1 的防御中作用于 BECN1 上游。

皮克福德等人（2008）发现严重阿尔茨海默病（AD;104300）患者大脑中beclin-1蛋白含量为对照水平的30%，但在路易体变体AD（127750）中则没有变化。AD脑中beclin-1 mRNA的数量是正常人的50%。免疫组织化学分析证实，随着 AD 的进展，皮质神经元中 beclin-1 蛋白的总体表达和 beclin 阳性细胞的数量减少。皮克福德等人（2008）得出结论，严重 AD 中 beclin-1 的减少部分是由于神经元细胞损失。

Matsunaga 等人使用表位标记的人 beclin-1 进行亲和纯化，然后进行质谱分析（2009）表明，在 MCF7 乳腺癌细胞中，beclin-1 与 ATG14L（AGT14; 613515）、UVRAG（602493）、Rubicon（KIAA0226; 613516）、VPS34（PIK3C3; 602609）和 VPS15（PIK3R4; 602610）相互作用。使用针对单个蛋白质的抗体，他们发现 beclin-1、VPS34 和 VPS15 存在于 3 个不同的复合物中：包含 ATG14L 的复合物、包含 UVRAG 的复合物以及包含 UVRAG 和 Rubicon 的复合物。酵母 2 杂交和缺失分析表明，ATG14L 和 UVRAG 的卷曲螺旋区域以相互排斥的方式直接与 beclin-1 的卷曲螺旋区域相互作用。ATG14L 对于启动自噬体形成至关重要，

使用基因过滤和免疫共沉淀分析，Zhong 等人（2009）发现小鼠 beclin-1 是超过 700 kD 的蛋白质复合物的组成部分，该蛋白质复合物还包含 Vps15、Vps34、Uvrag、Atg14 和 Rubicon。突变分析显示beclin-1的卷曲螺旋结构域足以结合Atg14，并且beclin-1的卷曲螺旋结构域和进化上保守的结构域都需要结合Rubicon。通过小干扰 RNA 敲低 Atg14 或 beclin-1 会损害自噬介导的测试底物清除。Atg14 还刺激 Vps34 激酶活性，但仅限于与 beclin-1 共表达时。

切霍姆斯卡等人（2009）将 BCL2 靶向线粒体或内质网（ER），并通过化学刺激或 TNF 诱导细胞凋亡（191160）。使用免疫荧光和电子显微镜以及免疫沉淀分析，他们发现 BCL2 与 BECN1 共表达通常会产生 BECN1，但不会导致缺乏 BCL2 结合域的 BECN1，跟随 BCL2 到达适当的细胞器。无论 BCL2 浓度、位置或凋亡刺激如何，BECN1 与 BCL2 的结合不会改变细胞凋亡。通过对小鼠 Atg5（604261） -/- 细胞的分析，排除了 Becn1 诱导的自噬介导的存活机制。切霍姆斯卡等人（2009）的结论是，尽管 BECN1 含有典型的促凋亡蛋白的仅 BH3 基序，但它作为 BCL2 抗凋亡功能的调节剂几乎没有作用或没有作用。

编码 VI 型胶原蛋白的 3 个基因（例如 COL6A1；120220）中任何一个的突变都会导致多种肌肉疾病，包括贝特莱姆肌病（BTHLM1；158810）和乌尔里希先天性肌营养不良症（UCMD1；254090）。Grumati 等人使用蛋白质印迹分析（2010）表明，4 名 BTHLM1 个体和 5 名 UMCD1 个体的肌肉活检显示 BECN1 和 BNIP3 的蛋白表达降低（603293）。Col6a1 -/- 小鼠表现出自噬流受损，这与 Becn1 和 Bnip3 的诱导较低以及饥饿后自噬体的缺乏相匹配。通过遗传、饮食和药理学方法强制激活自噬可恢复肌纤维存活并改善 Col6a1 -/- 小鼠的营养不良表型。格鲁马蒂等人。

Liu 等人通过基于图像的筛选，然后合成自噬抑制剂的衍生物（2011）鉴定出一种化合物 spautin-1，它可以抑制自噬，但同时又不会抑制 PDE5（603310）。Spautin-1 通过抑制去泛素化酶 USP10（609818）和 USP13（603591）选择性促进 VPS34 复合物的降解，从而导致泛素化 BECN1 增加。BECN1 或 VPS34 的敲除降低了 USP10 和 USP13 的表达。此外，USP10 或 USP13 的敲低会导致另一种酶的表达减少，因为这些酶直接或间接地调节彼此的去泛素化。Spautin-1 处理还导致 p53（TP53; 191170）表达减少，p53 也被 USP10 去泛素化。刘等人。

王等人（2012）表明 beclin-1（一种重要的自噬和肿瘤抑制蛋白）是蛋白激酶 AKT（164730）的靶标。对 Akt 介导的磷酸化具有抗性的 beclin-1 突变体的表达会增加自噬，减少锚定非依赖性生长，并抑制 Akt 驱动的肿瘤发生。Akt 介导的 beclin-1 磷酸化增强了其与 14-3-3（参见 605066）和波形蛋白（193060）中间丝蛋白的相互作用，并且波形蛋白耗竭增加了自噬并抑制了 Akt 驱动的转化。因此，王等人（2012）得出结论，Akt 介导的 beclin-1 磷酸化在自噬抑制、肿瘤发生和自噬抑制 beclin-1/14-3-3/vimentin 中间丝复合物的形成中发挥作用，

Shoji-Kawata 等人（2013）表明，来自自噬蛋白 beclin-1 区域的肽 Tat-beclin-1 与 HIV-1 Nef 结合，是一种有效的自噬诱导剂，并与自噬负调节因子 GAPR1（GLIPR2; 607141）相互作用。Tat-beclin-1 在体外可减少多聚谷氨酰胺扩张蛋白聚集体的积累和包括 HIV-1 在内的多种病原体的复制，并降低感染基孔肯雅热或西尼罗河病毒的小鼠的死亡率。Shoji-Kawata 等人（2013）的结论是，通过表征与 HIV-1 Nef 相互作用的 beclin-1 结构域，他们开发出了一种自噬诱导肽，在治疗人类疾病方面具有潜在功效。

魏等人（2013）表明 EGFR（131550）结合 BECN1，导致其多位点酪氨酸磷酸化，增强与抑制剂的结合，并降低 BECN1 相关的 VPS34 激酶活性。抑制 EGFR 会破坏人非小细胞肺癌细胞中 BECN1 酪氨酸磷酸化并恢复自噬。魏等人（2013）提出致癌受体酪氨酸激酶直接调节核心自噬机制。

阿什肯纳齐等人（2017）证明共济失调蛋白-3（ATXN3; 607047）的 polyQ 结构域使其能够与自噬的关键启动子 BECN1 相互作用。这种相互作用使得 ATXN3 的去泛素酶活性能够保护 BECN1 免受蛋白酶体介导的降解，从而实现自噬。饥饿诱导的自噬由 BECN1 调节，在 ATXN3 耗尽的人类细胞系和小鼠原代神经元以及小鼠体内尤其受到抑制。ATXN3 的这种活性及其 PolyQ 介导的与 BECN1 的相互作用被其他可溶性蛋白与 PolyQ 束以长度依赖的方式竞争。这种竞争导致表达具有扩展的polyQ区域的突变亨廷顿蛋白（613004）外显子1的细胞中饥饿诱导的自噬受损，这种损伤在亨廷顿病小鼠模型的大脑和患者的细胞中得到了重现。类似的现象也出现在其他 PolyQ 疾病蛋白中，包括突变的 ATXN3 本身。阿什肯纳齐等人（2017）得出的结论是，他们的数据描述了野生型 PolyQ 束的特定功能，该功能被疾病蛋白中竞争性较长的 PolyQ 突变所消除，并确定了此类突变的有害功能，与其聚集倾向不同。

刘等人（2020）描述了 TLR9（605474）及其与 beclin-1 的相互作用在运动诱导的骨骼肌 AMPK 激活中的作用。缺乏 TLR9 的小鼠缺乏运动诱导的 AMPK 激活和骨骼肌中葡萄糖转运蛋白 GLUT4（SLC2A4；138190）的质膜定位，但不缺乏自噬。TLR9 结合 beclin-1，这种相互作用会因能量应激（葡萄糖饥饿和耐力运动）而增强，并因 BCL2（151430）突变（阻止 BCL2-beclin-1 结合的破坏）而减弱。TLR9 调节运动过程中骨骼肌中溶酶体磷脂酰肌醇 3-激酶复合物（PI3KC3-C2）的组装，该复合物包含 beclin-1 和 UVRAG（602493），敲除 beclin-1 或 UVRAG 会抑制葡萄糖饥饿诱导的细胞 AMPK 激活。

▼ 动物模型

恶性细胞通常表现出自噬缺陷，自噬是一种进化上保守的降解长寿蛋白质和细胞质细胞器的途径。曲等人（2003）提出了自噬基因 beclin-1 在肿瘤抑制中作用的证据。在 40% 至 75% 的人类散发性乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌病例中，beclin-1 基因被单等位基因缺失。曲等人（2003）使用靶向突变小鼠模型来检验 BECN1 基因的单等位基因缺失促进肿瘤发生的假设。他们表明，该基因的杂合破坏增加了自发恶性肿瘤的发生率，并加速了乙型肝炎病毒诱发的癌前病变的发展。Becn1 杂合小鼠肿瘤的分子分析表明，剩余的野生型等位基因既没有突变也没有沉默。此外，Becn1 基因的杂合破坏导致体内细胞增殖增加和自噬减少。这些发现证明beclin-1是一种单倍体不足的抑癌基因，并提供了遗传学证据表明自噬是细胞生长控制和肿瘤抑制的一种新机制。因此，beclin-1或其他自噬基因的突变可能有助于人类癌症的发病机制。

岳等人（2003）发现 Becn1 -/- 小鼠在胚胎发生早期死亡。突变胚胎在胚胎第 7.5 天表现出严重的发育迟缓和尺寸严重减小，并且存在广泛的细胞死亡。Becn1 -/- 胚胎干细胞的自噬反应发生了严重改变，但它们对血清撤除或紫外线的凋亡反应是正常的。Becn1+/-突变小鼠自发性肿瘤的发生率很高。这些肿瘤表达 Becn1 mRNA 和蛋白质，证实 Becn1 是单倍体不足的抑癌基因。

皮克福德等人（2008）发现 Becn1 +/- 小鼠的大脑表现出神经元自噬减少，导致神经变性和溶酶体破坏。在表达人类淀粉样前体蛋白（APP；104760）（AD 模型）的转基因小鼠中，Becn1 水平似乎正常。然而，APP 小鼠中的 Becn1 单倍体不足加剧了 APP 病理，包括神经元内和细胞外β淀粉样蛋白积累增加、神经变性增加和严重的神经元超微结构异常。施用表达小鼠 Becn1 的载体可减少 APP 转基因小鼠的细胞内和细胞外淀粉样蛋白病理。

刘等人（2011）发现 Becn1 +/- 小鼠的 Becn1 水平约为野生型小鼠的一半。他们还显示 Vps34 复合蛋白和 p53 水平也同样降低，这可能是 Becn1 +/- 小鼠肿瘤发生易感性增加的一个重要因素。

Wei 等人在小鼠中使用非小细胞肺癌异种移植物（2013）表明酪氨酸磷酸模拟 Becn1 突变体的表达导致自噬减少、肿瘤生长增强、肿瘤分化和对酪氨酸激酶抑制剂治疗的抵抗。

罗基等人（2017）发现敲入含有 phe121-to-ala（F121A）突变的 Becn1 基因的小鼠显着减少了 Becn1 与 Bcl2 的相互作用，导致包括大脑在内的多个组织中发生组成性自噬。Becn1 F121A 介导的自噬过度激活可显着减少淀粉样蛋白积累，防止认知能力下降，并恢复阿尔茨海默病（AD; 104300）小鼠模型的存活率。作者发现，β-淀粉样蛋白寡聚体（参见 104760）是自噬底物，被隔离在自噬过度活跃的 AD 小鼠大脑中的自噬体中。化学诱导剂和运动通过 Becn1 依赖性保护作用对 AD 小鼠的 β 淀粉样蛋白去除和记忆产生自噬。罗基等人（2017）得出的结论是，基因突变、化学制剂、

为了确定自噬持续增加对哺乳动物健康的影响，Fernandez 等人（2018）生成了 Becn1 中具有纯合 F121A 突变的靶向突变小鼠，该突变减少了 Becn1 与负调节因子 Bcl2 的相互作用。费尔南德斯等人（2018）证明，Becn1（F121A/F121A）敲入小鼠的多个组织中 Becn1 和 Bcl2 之间的相互作用被破坏，与较高水平的基础自噬通量相关。与野生型同窝小鼠相比，雄性和雌性敲入小鼠的寿命均显着延长。敲入小鼠的健康寿命也得到了改善，因为与年龄相关的肾脏和心脏病理变化以及自发性肿瘤发生等表型都减少了。而且，缺乏抗衰老蛋白 klotho（604824）的小鼠 Becn1 和 Bcl2 相互作用增加，自噬减少。Becn1 F121A 突变挽救了这些表型以及过早死亡和不孕症。费尔南德斯等人（2018）得出的结论是，他们的数据表明，破坏 Becn1-Bcl2 复合物是增加哺乳动物自噬、防止过早衰老、改善健康寿命和延长寿命的有效机制。

谭等人（2019）表明小鼠 Becn1 通过靶向上游信号分子 Mekk3（MAP3K3; 602539）来抑制 p38（MAPK14; 600289）激活，通过 Mekk3 的 lys299 残基进行泛素介导的蛋白酶体降解。结果，小鼠中 Becn1 的骨髓特异性缺失通过增加 Mekk3 稳定性来增强中性粒细胞中 p38 的激活，导致脾肿大和伴有中性粒细胞增多的淋巴结病。p38 或 Mekk3 的缺失挽救了 Becn1 突变小鼠的表型。此外，40%的Becn1突变小鼠在颈部淋巴结中自发发生高度增殖性淋巴瘤，肿瘤细胞在其他组织（如肺、心脏和胸腺）中积累浸润。Becn1 缺陷型中性粒细胞通过 Cxcl9（601704）/Cxcr3（300574）趋化性与 B 细胞相互作用。这些细胞的相互作用通过诱导 B 细胞中 Pdl1（CD274；605402）的表达来抑制 Cd8 阳性 T 细胞功能，从而导致 Becn1 突变小鼠中 B 细胞的恶性转化。Becn1 突变小鼠中 p38 的缺失抑制了自发肿瘤的发展。