Autophagy（自噬）
自噬是近年來很熱門的領(lǐng)域，搜了一下園子，發(fā)現(xiàn)沒有這方面系統(tǒng)的介紹或討論，但很多戰(zhàn)友有這方面的疑問，加上本人最近對此也非常感興趣，因此，借本版來專門討論一下自噬（說實(shí)在的，自噬屬于丁香園哪一個(gè)版塊的范圍我也選不好），與各位同行或有志于研究自噬的戰(zhàn)友共同學(xué)習(xí)，也歡迎大家提出自己的看法，本人的目的就是交流。
自噬的過程：
步驟1：細(xì)胞接受自噬誘導(dǎo)信號后，在胞漿的某處形成一個(gè)小的類似“脂質(zhì)體”樣的膜結(jié)構(gòu)，然后不斷擴(kuò)張，但它并不呈球形，而是扁平的，就像一個(gè)由2層脂雙層組成的碗，可在電鏡下觀察到，被稱為Phagophore，是自噬發(fā)生的鐵證之一。
步驟2：Phagophore不斷延伸，將胞漿中的任何成分，包括細(xì)胞器，全部攬入“碗”中，然后“收口”，成為密閉的球狀的autophagosome，我把它翻譯為“自噬體”。電鏡下觀察到自噬體是自噬發(fā)生的鐵證之二。有2個(gè)特征：一是雙層膜，二是內(nèi)含胞漿成分，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片等。
步驟3：自噬體形成后，可與細(xì)胞內(nèi)吞的吞噬泡、吞飲泡和內(nèi)體融合（加了個(gè)“可”字，意思是這種情況不是必然要發(fā)生的）。
步驟4：自噬體與溶酶體融合形成autolysosome，期間自噬體的內(nèi)膜被溶酶體酶降解，2者的內(nèi)容物合為一體，自噬體中的“貨物”也被降解，產(chǎn)物（氨基酸、脂肪酸等）被輸送到胞漿中，供細(xì)胞重新利用，而殘?jiān)虮慌懦黾?xì)胞外或滯留在胞漿中。
自噬的特性：
（1）自噬是細(xì)胞消化掉自身的一部分，即self-eating，初一看似乎對細(xì)胞不利。事實(shí)上，細(xì)胞正常情況下很少發(fā)生自噬，除非有誘發(fā)因素的存在。這些誘發(fā)因素很多，也是研究的熱門。既有來自于細(xì)胞外的（如外界中的營養(yǎng)成分、缺血缺氧、生長因子的濃度等），也有細(xì)胞內(nèi)的（代謝壓力、衰老或破損的細(xì)胞器、折疊錯(cuò)誤或聚集的蛋白質(zhì)等）。由于這些因素的經(jīng)常性存在，因此，細(xì)胞保持了一種很低的、基礎(chǔ)的自噬活性以維持自穩(wěn)。
（2）自噬過程很快，被誘導(dǎo)后8min即可觀察到自噬體（autophagosome）形成，2h后自噬溶酶體（autolysosome）基本降解消失。這有利于細(xì)胞快速適應(yīng)惡劣環(huán)境。
（3）自噬的可誘導(dǎo)特性：表現(xiàn)在2個(gè)方面，第一是自噬相關(guān)蛋白的快速合成，這是準(zhǔn)備階段。第二是自噬體的快速大量形成，這是執(zhí)行階段。
（4）批量降解：這是與蛋白酶體降解途徑的顯著區(qū)別
（5）“捕獲”胞漿成分的非特異性：由于自噬的速度要快、量要大，因此特異性不是首先考慮的，這與自噬的應(yīng)急特性是相適應(yīng)的。
（6）自噬的保守性：由于自噬有利于細(xì)胞的存活，因此無論是物種間、還是各細(xì)胞類型之間（包括腫瘤細(xì)胞），自噬都普遍被保留下來（誰不喜歡留一手呢？）。
自噬相關(guān)基因（autophagy associated gene, ATG）：在自噬過程中到底有哪些蛋白的參與，即自噬相關(guān)蛋白的鑒定是目前自噬研究主要的任務(wù)。由于自噬研究的歷史關(guān)系，很多基因在酵母和哺乳動(dòng)物中有不同的命名。
自噬過程的調(diào)控：
從上面總結(jié)的自噬特點(diǎn)中可以看出，自噬這一過程一旦啟動(dòng)，必須在度過危機(jī)后適時(shí)停止，否則，其非特異性捕獲胞漿成分的特性將導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生不可逆的損傷。這也提醒我們在研究自噬時(shí)一定要?jiǎng)討B(tài)觀察，任何橫斷面的研究結(jié)果都不足以評價(jià)自噬的活性。
目前，已經(jīng)報(bào)告了很多因素能誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬，如饑餓、生長因子缺乏、微生物感染、細(xì)胞器損傷、蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤或聚集、DNA損傷、放療、化療等等，這么多刺激信號如何傳遞的、哪些自噬蛋白接受信號、又有哪些自噬蛋白去執(zhí)行等很多問題都還在等待進(jìn)一步解答中。
關(guān)于傳遞自噬信號的通路目前比較肯定的有：
抑制類
（1）Class I PI3K pathway （PI——phosphatidylinositol，磷脂酰肌醇）與IRS (Insulin receptor substrate) 結(jié)合，接受胰島素受體傳來的信號（血糖水平高抑制自噬）。
（2）mTOR在人類中的同源基因是FRAP1（FK506 binding protein 12-rapamycin associated protein 1），是一個(gè)絲/蘇氨酸蛋白激酶。能接受多種上游信號，如Class I PI3K、IGF-1/2、MAPK，能感受營養(yǎng)和能量的變化。
激活類
（1）Class III PI3K
結(jié)構(gòu)上類似于Class I PI3K，但作用相反。
接受上述信號的自噬蛋白：
目前都把焦點(diǎn)集中在beclin 1（酵母同源物為atg6），能與多種蛋白結(jié)合，如Vps34（Class III PI3K的催化亞單位），mTOR，BCL-2和BCLXL蛋白等，需注意的是，beclin-1是一個(gè)多功能蛋白，除了接受自噬信號，它還可以接受很多其它的信號對自噬進(jìn)行調(diào)節(jié)，越來越多的證據(jù)表明，beclin-1可能是自噬的“守門人”。
自噬體的發(fā)生：
目前認(rèn)為，自噬體的膜不是直接來源于高爾基體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，而是在胞漿中重新生成的，但具體的機(jī)制尚不清楚。當(dāng)beclin-1被活化后，胞漿中先形成很多個(gè)membrane source（自噬體膜發(fā)生中心），在它們不斷擴(kuò)展的過程中（phagophore到autolysosome），VMP1蛋白由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體轉(zhuǎn)位到自噬體膜上（VMP1又叫TMEM49，已知唯一與自噬有關(guān)的跨膜蛋白），同時(shí)，MAP1-LC3由胞漿型（即LC3-I）轉(zhuǎn)位到自噬體膜（即LC3-II），LC3這一轉(zhuǎn)變過程可被Western Blot和熒光顯微鏡檢測到，現(xiàn)已成為監(jiān)測自噬體形成的推薦方法。
自噬與細(xì)胞死亡的關(guān)系：
有必要說明一下的是，細(xì)胞死亡是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，為了研究方便，需進(jìn)行分類，但我們思考時(shí)不要局限于這些人為的分類，而應(yīng)注重于現(xiàn)象本身來研究其背后的機(jī)制。
一直以來人們從不同角度、用不同方法來觀察細(xì)胞的死亡，并把細(xì)胞的死亡方式分為2類：壞死和凋亡，因?yàn)閮烧哂兄黠@的區(qū)別，其中最主要的區(qū)別之一就是細(xì)胞膜的通透性——壞死細(xì)胞的細(xì)胞膜喪失了完整性，內(nèi)容物被釋放出來，染料可自由進(jìn)入細(xì)胞，而凋亡細(xì)胞保持完整，無內(nèi)容物釋放，染料也被排斥。很多實(shí)驗(yàn)亦根據(jù)這一原理來設(shè)計(jì)以區(qū)分壞死和凋亡，這將在后面一一介紹，如同剛剛說明的那樣，這些實(shí)驗(yàn)只能說明細(xì)胞膜的通透性（必要條件，不是充分必要條件），而不能用來證實(shí)壞死細(xì)胞或凋亡細(xì)胞。
一般認(rèn)為壞死是被動(dòng)的，不可控的，而凋亡是主動(dòng)的，可控的。為了強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，凋亡被定義為程序性細(xì)胞死亡（program cell death，PCD）。但無論是壞死還是凋亡，都是一個(gè)過程，是需要時(shí)間的（尤其是凋亡，從啟動(dòng)到完成，細(xì)胞要執(zhí)行很多反應(yīng)），而且細(xì)胞死亡后都有“尸體”。
在研究自噬與凋亡的關(guān)系時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞死亡前胞漿中存在大量的自噬體或自噬溶酶體，但這樣的細(xì)胞缺乏凋亡的典型特點(diǎn)，如核固縮（pyknosis）, 核破裂（karyorhexis）、細(xì)胞皺縮（shrinkage）、沒有凋亡小體的形成等，被稱為自噬樣細(xì)胞死亡（autophagic cell death，ACD），它是一種新的細(xì)胞程序性死亡，為了與凋亡區(qū)別，被命名為Type II cell death，相應(yīng)的，凋亡為Type I cell death，壞死為Type III cell death。
盡管這樣，但對于自噬是否是細(xì)胞死亡的直接原因目前還存在很大的爭議。到底是Cell death by autophagy（自噬引起死亡）還是Cell death with autophagy（死亡時(shí)有自噬發(fā)生，但不是直接原因）？對此，自噬研究領(lǐng)域“大牛”級專家Levine Beth在一篇nature的Review中表達(dá)了自己的觀點(diǎn)。由于在形態(tài)學(xué)上2者無明顯區(qū)別，但通過阻斷自噬，觀察細(xì)胞的結(jié)局可區(qū)分開來：Cell death by autophagy細(xì)胞存活，而Cell death with autophagy細(xì)胞死亡。
自噬與腫瘤的關(guān)系：
與凋亡（在腫瘤細(xì)胞中一般都存在缺限）不同，自噬是被優(yōu)先保留的。無論是腫瘤細(xì)胞還是正常細(xì)胞，保持一種基礎(chǔ)、低水平的自噬活性是至關(guān)重要的。因?yàn)榧?xì)胞中隨時(shí)產(chǎn)生的“垃圾”（破損或衰老的細(xì)胞器、長壽命蛋白質(zhì)、錯(cuò)誤合成或折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)等等）都需要及時(shí)清除，而這主要靠自噬來完成，因此，自噬具有維持細(xì)胞自穩(wěn)的功能；如果將自噬相關(guān)基因突變失活，如神經(jīng)元會(huì)發(fā)生大量聚集蛋白，并出現(xiàn)神經(jīng)元退化。
同時(shí)，自噬的產(chǎn)物，如氨基酸、脂肪酸等小分子物質(zhì)又可為細(xì)胞提供一定的能量和合成底物，可以說，自噬就是一個(gè)“備用倉庫”。如Atg-5缺陷的小鼠在出生后喝上第一口奶之前就會(huì)餓死。更重要的是，自噬活性可在代謝應(yīng)激（饑餓、生長因子缺乏、射線、化療等）時(shí)大大增強(qiáng)，表現(xiàn)為胞漿中迅速涌現(xiàn)大量自噬體，這一現(xiàn)象被稱為“自噬潮”（autophagic flux），廣泛用于自噬形成的監(jiān)測。自噬潮為細(xì)胞度過危機(jī)提供了緊急的營養(yǎng)和能量支持，有利于細(xì)胞的存活。
鑒于自噬的上述作用，自噬可為腫瘤細(xì)胞帶來幾大好處：
（1）腫瘤細(xì)胞本身就具有高代謝的特點(diǎn)，對營養(yǎng)和能量的需求比正常細(xì)胞更高，但腫瘤微環(huán)境往往不能如意，如腫瘤發(fā)生初始期到血管發(fā)生之前、腫瘤長大發(fā)生血管崩塌時(shí)、腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)灶游走時(shí)等都會(huì)出現(xiàn)營養(yǎng)不足或供應(yīng)中斷，而此時(shí)提高自噬活性可以有助于度過這一危機(jī)。
（2）當(dāng)化療、放療后，腫瘤細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量的破損細(xì)胞器、損壞的蛋白質(zhì)等有害成分，而此時(shí)提高自噬活性可及時(shí)清除這些有害物質(zhì)，并提供應(yīng)急的底物和能量為修復(fù)受損DNA贏得時(shí)間和條件。
由于自噬減少了腫瘤細(xì)胞在代謝應(yīng)激時(shí)發(fā)生壞死的機(jī)會(huì)，而對于腫瘤細(xì)胞群體而言，需要一部分細(xì)胞發(fā)生壞死，以引發(fā)適度的炎癥（有利于血管的長入、吸引免疫細(xì)胞分泌生長因子等）。研究發(fā)現(xiàn)，很多類型的腫瘤在代謝應(yīng)激時(shí)會(huì)“組成性”活化PI3K信號以抑制自噬（由于凋亡通路已受阻，抑制自噬會(huì)促進(jìn)壞死），但具體機(jī)制尚不清楚。
自噬的研究方法：
正常培養(yǎng)的細(xì)胞自噬活性很低，不適于觀察，因此，必須對自噬進(jìn)行人工干預(yù)和調(diào)節(jié)，經(jīng)報(bào)道的工具藥有：
（一）自噬誘導(dǎo)劑
1. Bredeldin A / Thapsigargin / Tunicamycin ：模擬內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激
2. Carbamazepine/ L-690，330/ Lithium Chloride（氯化鋰）：IMPase 抑制劑（即Inositol monophosphatase，肌醇單磷酸酶）
3. Earle's平衡鹽溶液：制造饑餓
4. N-Acetyl-D-sphingosine（C2-ceramide）：Class I PI3K Pathway抑制劑
5. Rapamycin：mTOR抑制劑
6. Xestospongin B/C：IP3R阻滯劑
（二）自噬抑制劑
1. 3-Methyladenine（3-MA）：（Class III PI3K） hVps34 抑制劑
2. Bafilomycin A1：質(zhì)子泵抑制劑
3. Hydroxychloroquine（羥氯喹）：Lysosomal lumen alkalizer（溶酶體腔堿化劑）
除了選用上述工具藥外，一般還需結(jié)合遺傳學(xué)技術(shù)對自噬相關(guān)基因進(jìn)行干預(yù)：包括反義RNA干擾技術(shù)（Knockdown）、突變株篩選、外源基因?qū)氲取?/span>
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