相關(guān)論壇
方夢(mèng)蝶劉波劉偉
《中國(guó)細(xì)胞生物學(xué)學(xué)報(bào)》2012年04期
【作者單位】：浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)部生物化學(xué)與分子生物學(xué)系
【摘要】：
自噬是真核細(xì)胞中進(jìn)化上高度保守的、用于降解和回收利用細(xì)胞內(nèi)生物大分子和受損細(xì)胞器的過(guò)程。自噬的完成依賴于正常的溶酶體功能，與機(jī)體的多種生理和病理過(guò)程密切相關(guān)。自噬研究已成為當(dāng)前生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)，揭示自噬的發(fā)生機(jī)制、自噬與疾病發(fā)生的關(guān)系對(duì)預(yù)防與治療多種人類重大疾病具有重要意義。該文旨在概括目前自噬的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹細(xì)胞自噬的發(fā)生機(jī)制及其與疾病的關(guān)系。
1引言
維持正常的物質(zhì)代謝平衡是保證一切生命活動(dòng)順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。真核細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的分解代謝主要有兩條途徑：泛素蛋白酶體途徑和自噬(autophagy)途徑。泛素蛋白酶體途徑以待降解蛋白質(zhì)的泛素化為標(biāo)志，并通過(guò)蛋白酶體將其分解。此途徑主要選擇性地降解細(xì)胞內(nèi)的短效蛋白質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)的長(zhǎng)效大分子及受損的細(xì)胞器則主要通過(guò)自噬途徑降解。研究表明，正常的自噬過(guò)程對(duì)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定及細(xì)胞生命活動(dòng)的順利進(jìn)行十分重要。發(fā)育過(guò)程中，自噬障礙嚴(yán)重影響胚胎細(xì)胞的正常分化和胚胎發(fā)育。細(xì)胞自噬還與許多疾病的發(fā)生密切相關(guān)，如神經(jīng)退行性疾病、癌癥、病原微生物感染等。
2自噬的定義及分類
自噬是真核生物中一種進(jìn)化上高度保守的、用于降解和回收利用細(xì)胞內(nèi)生物大分子和受損細(xì)胞器的過(guò)程。自噬大致被分為以下三種：宏自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediatedautophagy)。一早觀測(cè)到的自噬現(xiàn)象是宏自噬。1956年，Clark用電鏡觀察新生小鼠腎組織時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中含有大量具有膜性結(jié)構(gòu)的致密體，而且其中常含有類似于線粒體等的胞質(zhì)結(jié)構(gòu)。在1963年的溶酶體國(guó)際會(huì)議上，Christiande Duve將這種細(xì)胞中存在的包裹細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器的膜泡發(fā)生現(xiàn)象定義為自噬。目前，對(duì)自噬的研究主要集中在宏自噬，其機(jī)制也更為清楚，常被人們狹義地等同為細(xì)胞自噬；而微自噬則是胞內(nèi)物質(zhì)直接通過(guò)溶酶體膜的內(nèi)陷被吞噬，并形成溶酶體內(nèi)膜泡，這種內(nèi)膜泡將其包裹物釋放到溶酶體中降解；分子伴侶介導(dǎo)的自噬是一種特異性地含有KFERQ模序蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)降解途徑，這些含KFERQ模序的蛋白質(zhì)可被分子伴侶HSC70識(shí)別并通過(guò)LAMP2A蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)入溶酶體中被降解。雖然三種細(xì)胞自噬的發(fā)生方式各不相同，但在細(xì)胞應(yīng)對(duì)外界刺激、清除受損物質(zhì)過(guò)程中共同發(fā)揮著重要的作用。
另外，根據(jù)細(xì)胞所處環(huán)境及自噬發(fā)生的程度不同，細(xì)胞自噬還可分為基礎(chǔ)自噬和誘導(dǎo)自噬。基礎(chǔ)自噬是一種在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)發(fā)生而水平相對(duì)較低的細(xì)胞自噬過(guò)程，對(duì)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的更新及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持具有重要的作用。例如：基礎(chǔ)自噬被阻礙將導(dǎo)致神經(jīng)元中泛素化蛋白質(zhì)的積累，從而引發(fā)神經(jīng)元變性，造成神經(jīng)退行性疾病。在小鼠肝臟中特異敲除自噬基因Atg7(autophagy related gene 7)能明顯引起肝癌的形成。與基礎(chǔ)自噬相比，誘導(dǎo)自噬的發(fā)生程度明顯強(qiáng)烈，是細(xì)胞應(yīng)對(duì)外界刺激的一種保護(hù)反應(yīng)。缺少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或能量、受到氧脅迫等情況下，細(xì)胞的自噬水平在短時(shí)間內(nèi)劇烈升高，如哺乳動(dòng)物出生后初期，由于母體不再提供營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，幼體的細(xì)胞自噬非?；钴S，這為維持其生命活動(dòng)起了非常重要的作用。
3自噬發(fā)生的過(guò)程
自噬發(fā)生需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)階段：自噬前體形成；自噬前體延長(zhǎng)包裹自噬的底物，自噬泡形成；自噬泡與溶酶體融合完成底物降解(圖1)。
在自噬起始信號(hào)的調(diào)控下，細(xì)胞質(zhì)中形成杯狀的雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬前體；然后，自噬前體在一些自噬蛋白的作用下逐漸延長(zhǎng)，如伴隨此過(guò)程的LC3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，自噬蛋白Atg8在哺乳動(dòng)物中的同源物)不斷被募集到自噬前體上，對(duì)自噬前體的延伸起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。延長(zhǎng)的自噬前體，包裹降解底物，形成完全閉合的自噬泡。研究表明，p62蛋白(sequestosome-1)對(duì)降解底物的識(shí)別和包裹起著關(guān)鍵作用。之后，自噬泡通過(guò)胞內(nèi)運(yùn)輸系統(tǒng)到達(dá)溶酶體，自噬泡外膜和溶酶體膜融合，并在溶酶體的水解酶作用下將其包裹物降解。自噬泡與溶酶體的融合標(biāo)志著自噬泡的完全成熟。自噬泡在到達(dá)溶酶體之前也可能先和多泡體(multivesicular body，MVB)融合。另外，自噬底物降解完成后，自噬溶酶體上伸出一個(gè)管狀結(jié)構(gòu)，管狀結(jié)構(gòu)可以從頂端斷裂形成原溶酶體，并接受新的溶酶體水解酶，形成成熟的溶酶體，完成溶酶體再生。
隨著人們對(duì)自噬發(fā)生過(guò)程研究的不斷深入，新的自噬相關(guān)蛋白和調(diào)控模型不斷被提出，但仍有許多重要環(huán)節(jié)有待明確，如：有關(guān)自噬泡膜來(lái)源的問(wèn)題依然存在很大爭(zhēng)議，不同的研究認(rèn)為自噬泡的膜來(lái)源于不同的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體外膜和細(xì)胞膜等。因此，一種可能的解釋是細(xì)胞在以自噬方式應(yīng)對(duì)不同刺激時(shí)，其自噬前體膜的來(lái)源也是多樣的。如當(dāng)自噬泡清除來(lái)自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的底物時(shí)其部分膜來(lái)源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而清除來(lái)自線粒體的底物時(shí)部分膜則可能來(lái)自于線粒體。另外，關(guān)于參與自噬前體膜彎曲和閉合的分子及其作用機(jī)制的報(bào)道還很少，自噬泡如何彎曲包裹底物，如何完成的閉合、形成完整的自噬泡仍不清楚。
4自噬的調(diào)控
自噬信號(hào)調(diào)控，對(duì)細(xì)胞應(yīng)對(duì)不同的外界刺激至關(guān)重要?；A(chǔ)自噬與誘導(dǎo)自噬的發(fā)生都受到細(xì)胞的嚴(yán)密調(diào)節(jié)，使其在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和應(yīng)對(duì)突如其來(lái)的刺激時(shí)變化自如。目前，作為自噬調(diào)控的中心分子TOR(target of rapamycin)是控制細(xì)胞自噬的關(guān)鍵蛋白，能感受細(xì)胞的多種變化信號(hào)，加強(qiáng)或降低自噬的發(fā)生水平。細(xì)胞內(nèi)ATP水平、缺氧等細(xì)胞信號(hào)都可直接或間接通過(guò)TOR將其整合，從而改變細(xì)胞的自噬發(fā)生，應(yīng)對(duì)不同的外界環(huán)境刺激。
TOR本身是一個(gè)調(diào)控細(xì)胞周期、生長(zhǎng)和增殖的絲氨酸/蘇氨酸激酶。正常情況下，TOR通過(guò)抑制自噬起始分子Atg1的活性，實(shí)現(xiàn)對(duì)自噬的控制。在哺乳動(dòng)物中TOR的同源物mTOR(mammalian target ofrapamycin)處于活化狀態(tài)，磷酸化抑制自噬起始分子ULK1的功能，抑制自噬的發(fā)生。TOR/mTOR能形成TORC1/mTORC1和TORC2/mTORC2兩種復(fù)合物。mTORC1包括mTOR、mLST8(也稱為類G蛋白β亞基蛋白GβL)、PRAS40(Proline-rich Akt sub-strate 40 kDa)和Raptor(regulatory-associatedprotein of mTOR)。Raptor是對(duì)Rapamycin藥物敏感的組成成分，所以Rapamycin常被用于自噬的研究，通過(guò)特異抑制mTORC1的活性而誘發(fā)自噬。另外，mTORC1還通過(guò)4E-BP1(eukaryotic initiationfactor 4E binding protein 1)和S6K1(ribosomal p70 S6 kinase 1)調(diào)控蛋白合成和核糖體的生物發(fā)生來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖。mTORC2包括mTOR、mSin1(mammalian stress-activatedprotein kinase-interacting protein 1)、Rictor(rapamycin insensitive companion of mTOR)和Protor(protein observed withrictor)，而Rictor對(duì)Rapamy-cin不敏感。mTORC2通過(guò)磷酸化Akt(蛋白激酶B)和PKC(蛋白激酶C)，傳遞信號(hào)到小GTP酶Rac1和RhoA，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的形成。但關(guān)于mTORC2和自噬的關(guān)系卻鮮有報(bào)道。
AMPK(adenosine 5’-monophosphate(AMP)-activated protein kinase)是細(xì)胞中感受能量狀態(tài)調(diào)節(jié)代謝的一個(gè)蛋白激酶，在自噬發(fā)生的調(diào)控中也發(fā)揮著重要的作用。低ATP水平狀態(tài)下(如饑餓或缺氧)AMPK能感受AMP的水平變化而激活，從而磷酸化TSC2(tuberous sclerosis proteins，一種腫瘤抑制蛋白，可以和Rheb GTP酶結(jié)合，避免后者對(duì)mTOR的活化)，加劇TSC1/2對(duì)Rheb的抑制，終使mTOR的活性被抑制，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬。另外也有研究表明，AMPK能直接磷酸化Raptor并抑制其活性，導(dǎo)致mTORC1的活性下降。TSC1/2還可以整合來(lái)自PI3K-AKT和Raf-1-MEK1/2-ERK1/2的信號(hào)，傳遞至mTORC1。如受到生長(zhǎng)因子等信號(hào)刺激時(shí)，Akt被激活，從而磷酸化TSC2并抑制其與TSC1的結(jié)合，Raf-1-MEK1/2-ERK1/2也可抑制TSC1/TSC2，終激活Rheb-mTORC1，對(duì)細(xì)胞自噬的發(fā)生起抑制作用。
5自噬相關(guān)分子
自噬的整個(gè)過(guò)程中，時(shí)刻都受到不同的自噬相關(guān)蛋白的調(diào)控。這些自噬相關(guān)蛋白由自噬基因(autophagy-related gene，Atg)編碼，迄今已有34個(gè)被成功克隆。這些自噬基因在酵母和哺乳動(dòng)物中有很好的保守性，是自噬發(fā)生重要的分子。幾乎任何一種自噬基因的缺失或突變都會(huì)導(dǎo)致自噬不能發(fā)生或者發(fā)生異常。隨著人們對(duì)自噬認(rèn)識(shí)的加深，越來(lái)越多的自噬基因及其同源物的功能也被逐漸揭示。其中一些核心自噬蛋白的功能已經(jīng)研究得比較清楚。根據(jù)其參與自噬發(fā)生的不同階段，這些核心的自噬蛋白被分為五類：Atg1/ULK1蛋白激酶復(fù)合體、Vps34-Atg6/Beclin1和Ⅲ型PI3K復(fù)合體、Atg9/mAtg9、Atg5-Atg12-Atg16連接系統(tǒng)和Atg8/LC3連接系統(tǒng)。
5.1 Atg1/ULK1蛋白激酶復(fù)合體
Atg1是頭一個(gè)在酵母中被成功克隆的自噬基因，編碼一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，與其哺乳動(dòng)物中同源蛋白ULK1一樣，是自噬泡形成所必需的一種蛋白質(zhì)。ULK1激酶活性缺失時(shí)LC3-Ⅱ不能形成，自噬發(fā)生受到阻礙。ULK1以復(fù)合物的形式存在，除了ULK1本身，還包括mAtg13、FIP200(一種與黏著斑激酶FAK相互作用的蛋白)和Atg101。這些蛋白質(zhì)與ULK1的相互作用對(duì)維持ULK1的穩(wěn)定性和激酶活性十分重要。ULK1復(fù)合物直接接受自噬中心調(diào)控分子mTOR的調(diào)節(jié)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏時(shí)，mTOR活性被抑制，mTOR對(duì)ULK1和mAtg13的磷酸化抑制作用減弱，使得ULK1激活并磷酸化mAtg13、FIP200和ULK1自身，從而開(kāi)啟自噬發(fā)生的起步。之后，ULK1/2、ATG13、FIP200從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或其他特定位置，形成自噬發(fā)生的原核，并進(jìn)而募集下游的PI3K復(fù)合物、LC3分子等產(chǎn)生自噬泡。在營(yíng)養(yǎng)能量缺乏時(shí)，AMPK也可以通過(guò)磷酸化ULK1激活其活性，從而進(jìn)一步促進(jìn)自噬；當(dāng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充分時(shí)，mTOR則通過(guò)磷酸化ULK1，阻止AMPK對(duì)ULK1的磷酸化激活，使ULK1被抑制，避免自噬的發(fā)生。
5.2 Vps34/PI3K-Beclin1復(fù)合物
Vps34是哺乳動(dòng)物中的第Ⅲ類PI3 Kinase。在Vps34復(fù)合物中，Vps34因結(jié)合Vps15而被激活，并進(jìn)一步結(jié)合Beclin1形成Vps34-Vps15-Beclin1復(fù)合體。自噬發(fā)生時(shí)，Vps34-Vps15-Beclin和多種自噬相關(guān)蛋白結(jié)合，傳遞自噬信號(hào)促進(jìn)自噬發(fā)生。如與Atg14結(jié)合形成Atg14-Vps34-Vps15-Beclin1復(fù)合物參與自噬泡的形成；與胚胎神經(jīng)發(fā)育相關(guān)分子Ambra1結(jié)合促進(jìn)Beclin1誘導(dǎo)自噬的能力；與UVRAG(UV irradiationresistance-associated gene)結(jié)合形成UVRAG-Vps34-Vps15-Beclin1在自噬泡成熟和運(yùn)輸中起作用。Rubicon與UVRAG-Vps34-Vps15-Beclin1復(fù)合物結(jié)合后負(fù)調(diào)節(jié)其功能。Bif-1通過(guò)與UVRAG和Beclin1結(jié)合正調(diào)控其對(duì)自噬泡形成的功能。Vps34/PI3K-Beclin1復(fù)合物促進(jìn)產(chǎn)生磷脂酰肌醇-3-磷酸(PI3P)，PI3P可以組裝一些含有PX和FYVE結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)到早期自噬泡產(chǎn)生的位置，如DFCP1(doubleFYVE-containing protein 1)和WIPI家族蛋白(WD-repeatdomain protein interacting with phosphoinositides)，促使自噬前體的形成。線蟲(chóng)中epg-3、epg-4基因突變可造成DFCP-1標(biāo)記的結(jié)構(gòu)和自噬前體增多、自噬泡增大。EGP-3蛋白可能通過(guò)調(diào)節(jié)PI3P的水平控制自噬前體的產(chǎn)生，而EGP-4在更早的階段，可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜形成初生的自噬前體過(guò)程中起作用。目前，Vps34復(fù)合物和mTOR的關(guān)系以及Vps34的激酶活性如何被調(diào)控依然不清楚。部分研究表明，Vps34可以介導(dǎo)饑餓信號(hào)對(duì)mTOR的抑制。在果蠅中，Vps34的活性依賴于TOR-Atg1信號(hào)通路，提示Vps34受TOR調(diào)控在自噬泡形成中發(fā)揮作用。Vps34的活性也可以被某些膜結(jié)合蛋白(如Rab5)激活，調(diào)控Vps34復(fù)合物組裝到自噬泡形成部位。此外，Rab5還可以和Vps34復(fù)合物結(jié)合，幫助Vps34組裝到內(nèi)吞小泡上，這個(gè)過(guò)程可能用來(lái)產(chǎn)生PI3P，利于內(nèi)吞小泡的形成。
5.3 Atg9/mAtg9
Atg9是迄今發(fā)現(xiàn)的僅有的一個(gè)編碼跨膜蛋白的Atg基因，可能通過(guò)影響膜泡運(yùn)輸對(duì)自噬發(fā)生起調(diào)控作用。在酵母中，Atg9循環(huán)于PAS(preautophagosomalstructure，定位于酵母中靠近液泡的一個(gè)位置，可能是一個(gè)隔離膜組裝的結(jié)構(gòu)，在自噬時(shí)許多Atg蛋白會(huì)被募集到PAS)和線粒體或與線粒體聯(lián)系的膜泡之間，可能為自噬泡的形成提供膜來(lái)源。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏時(shí)，Atg9與Atg23、Atg27結(jié)合，將它們運(yùn)輸至PAS；或在Atg1和Atg13的幫助下與Atg2、Atg18結(jié)合將其反向運(yùn)輸?shù)絇AS以外的細(xì)胞質(zhì)區(qū)域。在哺乳動(dòng)物中，特異性沉默mAtg9基因能抑制自噬泡的形成和蛋白質(zhì)的降解，阻礙自噬的發(fā)生。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)充足時(shí)，mAtg9定位于反面高爾基體(trans-Golgi network，TGN)和晚期內(nèi)體(late endosome)上，可能對(duì)兩者之間的物質(zhì)循環(huán)發(fā)揮運(yùn)輸功能；而當(dāng)細(xì)胞饑餓時(shí)，mAtg9的定位依賴于ULK1和PI3K的活性，從反面高爾基體轉(zhuǎn)移到晚期內(nèi)體和自噬泡上，與小GTP酶蛋白R(shí)ab7、LC3發(fā)生部分共定位，提示mAtg9可能作為一個(gè)膜蛋白介導(dǎo)自噬相關(guān)蛋白或自噬泡膜的運(yùn)輸。
5.4 Atg5-Atg12-Atg16連接系統(tǒng)
自噬發(fā)生過(guò)程中有兩組類泛素化修飾過(guò)程，分別發(fā)生在Atg5-Atg12-Atg16連接系統(tǒng)和Atg8/LC3連接系統(tǒng)中，用于隔離膜的延長(zhǎng)和自噬泡的形成。在Atg5-Atg12-Atg16連接系統(tǒng)中，Atg12的C端甘氨酸殘基由類E1泛素活化酶Atg7活化，與Atg7的Cys507形成高能硫酯鍵；然后Atg12被傳遞給類E2泛素轉(zhuǎn)移酶Atg10，與Atg10的Cys133形成硫酯鍵；至后，Atg12被傳遞到Atg5，與Atg5的Lys149共價(jià)結(jié)合形成Atg12-Atg5復(fù)合物。細(xì)胞中Atg12蛋白一旦合成就會(huì)立即結(jié)合Atg5，以Atg12-Atg5復(fù)合物的形式存在。自噬發(fā)生時(shí)，Atg16和Atg12-Atg5結(jié)合。Atg16含有一個(gè)螺旋卷曲結(jié)構(gòu)易于形成低聚物，使得其能把更多的Atg12-Atg5連接起來(lái)形成巨大復(fù)合物。哺乳動(dòng)物中Atg16L蛋白C端還含有一個(gè)WD氨基酸重復(fù)的結(jié)構(gòu)域，使得Atg16L更利于蛋白質(zhì)間的相互作用，有時(shí)甚至能使其形成約800 kDa的Atg5-Atg12-Atg16復(fù)合物，從而可能為參與自噬泡形成的蛋白質(zhì)提供相互作用的平臺(tái)。自噬發(fā)生時(shí)，此復(fù)合物定位于隔離膜上，參與LC3-Ⅱ的形成過(guò)程，從而促進(jìn)自噬泡膜的延長(zhǎng)。
5.5 Atg8/LC3連接系統(tǒng)
LC3是酵母Atg8分子在哺乳動(dòng)物中的同源物之一，Atg8的其他同源物還有GABARAP和GATE-16等。LC3、GABARAP和GATE16對(duì)自噬泡膜的延長(zhǎng)和融合發(fā)揮著不同的功能，是自噬泡形成所必需的。和其他Atg8同源分子相比，LC3是研究得非常清楚的一個(gè)，已被用作自噬發(fā)生的一個(gè)標(biāo)志蛋白。LC3合成后，起初以pro-LC3形式存在，然后立刻被Atg4B切割暴露C端120位的甘氨酸殘基形成LC3-Ⅰ。自噬發(fā)生時(shí)，均勻分布于細(xì)胞質(zhì)中的LC3-Ⅰ被Atg7活化并與其形成硫酯鍵，然后被傳遞給Atg3，并在Atg5-Atg12-Atg16復(fù)合物的幫助下連接上一個(gè)PE分子，形成具有膜結(jié)合能力的LC3-Ⅱ。Atg5-Atg12-Atg16復(fù)合物可能作為E3連接酶促進(jìn)LC3類泛素化連接PE，Atg16L的細(xì)胞定位決定了LC3成熟的位置，并促進(jìn)LC3-Ⅱ結(jié)合到自噬泡上。自噬發(fā)生晚期，自噬泡外膜的LC3-Ⅱ能被Atg4B識(shí)別，并同樣被Atg4B切下C端的PE，形成非膜結(jié)合形式的LC3-Ⅰ以供重新利用。有報(bào)道表明，LC3也參與選擇性自噬降解，成熟的LC3通過(guò)和銜接蛋白p62或NBR1結(jié)合，識(shí)別待降解的泛素化蛋白。線蟲(chóng)中，EPG-2能特異性識(shí)別并攜帶PGL顆粒(germline P granule)到含LGG-1(線蟲(chóng)中Atg8的同源物)的點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)中，表明銜接蛋白具有特異性識(shí)別降解自噬底物的功能。
6自噬與疾病發(fā)生
6.1神經(jīng)系統(tǒng)疾病
臨床研究發(fā)現(xiàn)，在許多神經(jīng)退行性疾病中，病變區(qū)域常有大量的泛素化蛋白質(zhì)聚合物，這些多因錯(cuò)誤折疊而被泛素化的蛋白質(zhì)聚合物正是引起神經(jīng)退行性疾病的重要原因之一。自噬的正常發(fā)生對(duì)清除這些蛋白質(zhì)聚合物起著關(guān)鍵性的作用。小鼠中特異性敲除神經(jīng)元中的自噬基因Atg5或Atg7，會(huì)抑制自噬發(fā)生的水平，同時(shí)伴隨著大量泛素化蛋白質(zhì)聚合物的積累，并引發(fā)神經(jīng)退行性疾病。在神經(jīng)細(xì)胞中，誘導(dǎo)自噬發(fā)生能促進(jìn)蛋白質(zhì)聚合物的清除，能緩解神經(jīng)退行性疾病的癥狀。在小鼠和果蠅模型中，用Rapamycin或其類似物抑制mTOR的活性促進(jìn)自噬發(fā)生，可以緩解神經(jīng)退行性疾病的癥狀。在細(xì)胞模型中誘導(dǎo)自噬，能促進(jìn)細(xì)胞清除引起亨廷頓病的一些毒性蛋白，提示誘導(dǎo)自噬可能成為一種治療神經(jīng)退行性疾病的治療方法。
6.2免疫
自噬是至今已發(fā)現(xiàn)的可以降解細(xì)胞器和較大蛋白質(zhì)聚集物的細(xì)胞降解過(guò)程，因此自噬能夠用來(lái)降解外來(lái)微生物也被自噬研究者所預(yù)測(cè)。事實(shí)上，一些參與免疫的細(xì)胞因子可以誘導(dǎo)自噬。巨噬細(xì)胞中，干擾素IFN-γ可以誘導(dǎo)自噬來(lái)抵御分枝桿菌等病原菌。而且在已感染的巨噬細(xì)胞中，用IFN-γ預(yù)處理可以引起自噬泡吞噬含有病原菌的膜泡并與溶酶體融合，增強(qiáng)其對(duì)胞內(nèi)細(xì)菌的殺傷力。血管平滑肌細(xì)胞中，腫瘤壞死因子TNF-α通過(guò)激活JNK通路和抑制Akt，上調(diào)LC3和Beclin1的表達(dá)促進(jìn)自噬。
近期有研究發(fā)現(xiàn)，一些自噬蛋白甚至整個(gè)自噬過(guò)程都直接參與免疫和炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞中，含有TLR配體包裹顆粒的吞噬體和溶酶體的融合需要Beclin1和LC3的協(xié)助。樹(shù)突細(xì)胞中，自噬蛋白也參與溶酶體和含有凋亡細(xì)胞抗原TLR(Toll like receptor)吞噬體的融合。Beclin1-PI3K復(fù)合物、LC3、Atg12可以被募集到含有革蘭氏陰性菌的小泡中。巨噬細(xì)胞還能以依賴Atg5的方式清除含寄生蟲(chóng)的小泡。而在非吞噬細(xì)胞中，一種類似自噬泡的膜泡能包裹一些外源微生物(如甲類鏈球菌，group AStreptococcus)，這種膜泡與溶酶體融合導(dǎo)致微生物被殺死。除了參與細(xì)胞固有免疫，自噬也在適應(yīng)性免疫中發(fā)揮重要作用，如維持免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定和抗原呈遞。一些自噬蛋白(如：Atg5)對(duì)維持外周血中B細(xì)胞和T細(xì)胞數(shù)量以及促進(jìn)這些淋巴細(xì)胞的成熟非常重要。在抗原呈遞中，自噬可以傳遞內(nèi)源合成的抗原以便主要組織相容性復(fù)合物Ⅱ處理，使CD4+T細(xì)胞能夠識(shí)別抗原?？偟膩?lái)說(shuō)，盡管自噬參與免疫功能發(fā)揮的具體機(jī)制還不是很清楚，但是，自噬蛋白參與宿主細(xì)胞清除侵入病原體的過(guò)程已在很多研究中被發(fā)現(xiàn)，自噬與細(xì)胞免疫的發(fā)生必然存在密切的聯(lián)系。
6.3腫瘤
自噬與腫瘤發(fā)生的聯(lián)系是當(dāng)今自噬研究的一個(gè)重要熱點(diǎn)問(wèn)題。眾多的研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤的發(fā)生可能與細(xì)胞自噬障礙存在密切的聯(lián)系。自噬功能正常，對(duì)腫瘤起抑制作用，而敲除自噬基因?qū)⒁l(fā)腫瘤的形成。許多自噬分子在自噬研究的開(kāi)始就已經(jīng)被人們以腫瘤抑制蛋白所認(rèn)知，如Beclin1其實(shí)就是一個(gè)腫瘤抑制基因，干擾Beclin1的表達(dá)使自噬受到抑制，會(huì)增加腫瘤發(fā)生的可能。在胸腺癌細(xì)胞系中過(guò)表達(dá)Beclin1，可以減緩癌細(xì)胞的生長(zhǎng)速度并減少其致癌性。UVRAG能夠結(jié)合Beclin1/Vps34復(fù)合物促進(jìn)自噬，而UVRAG同時(shí)有抑制腫瘤的功能。Bif-1可以通過(guò)UVRAG結(jié)合Beclin1增強(qiáng)自噬，敲除Bif-1，顯著加快了腫瘤的生長(zhǎng)。Bcl-2和Bcl-XL可以通過(guò)抑制Beclin1而抑制自噬，而兩者都是人們所熟知的致癌基因。此外，PTEN可以通過(guò)抑制Ⅰ型PI3K的功能增強(qiáng)自噬，而PTEN也是一個(gè)抑癌基因。從根本上說(shuō)，自噬受阻可能導(dǎo)致細(xì)胞失去生長(zhǎng)調(diào)節(jié)及啟動(dòng)程序性死亡的能力，同時(shí)還可能阻礙細(xì)胞分解代謝，使p62、受損的線粒體、蛋白質(zhì)聚合物、ROS等有害物質(zhì)積累，并進(jìn)一步損傷基因組DNA的穩(wěn)定性，致使原癌基因激活，而以上這些都將導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。腫瘤形成以后，腫瘤細(xì)胞能利用自噬提高其生存能力，而這又使得癌細(xì)胞在不利的環(huán)境中利用自噬提供其生存所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。如在p53敲除的癌細(xì)胞中，自噬可以幫助癌細(xì)胞在饑餓環(huán)境中更好地生存。另外，自噬還可以減少細(xì)胞由于脫離細(xì)胞外基質(zhì)而凋亡(失巢凋亡)的發(fā)生，可以提高腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移能力?？偟膩?lái)說(shuō)，自噬對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用可以是正面的，也可以是反面的，自噬能使細(xì)胞避免癌化，但當(dāng)腫瘤形成后，自噬卻可以使腫瘤細(xì)胞的自我保護(hù)能力和轉(zhuǎn)移能力大大提升。
7展望
作為真核細(xì)胞中重要的物質(zhì)降解過(guò)程，自噬的分子細(xì)胞機(jī)理和生理病理意義正在被逐漸認(rèn)識(shí)和解析。然而，有關(guān)自噬相關(guān)基因的功能和自噬的發(fā)生機(jī)制等還有待進(jìn)一步研究，如自噬泡膜的來(lái)源、自噬前體的生長(zhǎng)和閉合以及自噬泡與溶酶體的融合機(jī)制等。相對(duì)于低等真核生物，哺乳動(dòng)物的自噬涉及更多的自噬基因，其調(diào)控過(guò)程更為復(fù)雜。為應(yīng)對(duì)不同的外界環(huán)境刺激，細(xì)胞中的信號(hào)通路如何精密調(diào)節(jié)自噬的發(fā)生還不是很清楚。自噬在細(xì)胞生與死的決定中扮演的角色還存在爭(zhēng)議，在腫瘤發(fā)生、免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病和代謝性疾病中的作用和意義也有待明確。通過(guò)調(diào)節(jié)自噬過(guò)程來(lái)治療這些疾病在臨床上還需要更多的嘗試和驗(yàn)證。關(guān)于自噬的更加深入的認(rèn)識(shí)，必將為人類對(duì)抗和解決這些疾病產(chǎn)生深刻影響。