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自噬 autophagy 是细胞的自体吞噬 消化的过程 细胞通过双层膜结构包裹细胞内的胞浆和小细胞器 并运送到溶酶体中进行代谢 降解细胞毒性物质 为细胞提供营养物质和能量 维持细胞的代谢平衡 缓解应激压力的细胞自我保护机制 是真核细胞中一种高度保守的细胞生物学行为 1 一 自噬分类 巨自噬 macroautophagy 微自噬 microautophagy 分子伴侣介导的自噬 chaperone mediateautophagy CMA 2 1 巨自噬 通常简称为自噬 是细胞内大分子物质和小细胞器被运送到溶酶体进行降解的过程 内质网和高尔基体膜被拉长 并包裹周围的细胞质或特定物质形成双层膜结构 即自噬体 autophagosome 自噬体随后与溶酶体融合形成自噬溶酶体 autolysosome 其内包裹的物质被溶酶体内水解酶分解代谢 形成小分子物质 如氨基酸 核苷酸等 又被细胞重新利用 Atg5 Atgl2一Atgl6和LC3一PE Vps34一vpsl5一Beclin1 ULKAtg9 3 2 微自噬 溶酶体膜随机内陷包裹周围细胞质的一种非选择性的溶酶体降解过程 3 分子伴侣介导的自噬 存在于哺乳动物中 是细胞内的分子伴侣蛋白 如热休克蛋白70 与有特定序列的可溶性蛋白底物结合 最后被运送到溶酶体内降解的过程 4 二 自噬的调控 细胞中的自噬主要由营养状态 能量水平和生长因子来调控 I型磷脂酰肌醇3激酶 PI3K 通路 生长因子 型PI3K通路 氨基酸的水平腺苷酸活化蛋白激酶 LKBl AMPK 通路 AMP 生长因子充足 氨基酸充足 ATP充足时 通过相应通路 最终激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 mTORCl 自噬抑制因子 从而抑制自噬 反之则激活自噬 5 调控自噬的信号通路 1 Beclin1Beclin1与多种因子 Atg14L UVRAG Bif 1 Rubicon Ambra1 HMGB1 nPIST VMP1 SLAM IP3R PINK 共同作用来调节脂质激酶Vps34蛋白 促进Beclin1 Vps34 Vps15核心复合物的形成 从而影响细胞的自噬活性 在这一过程中 类PI3K激酶复合物是调节作用的核心调控因子 其包括Vps34 PI3KC3催化亚基 Vps15 PI3KR4调节亚基和Beclin1 UVRAG Atg14L Rubicon蛋白 Beclin1蛋白的BH3结构域可与抗凋亡蛋白Bcl 2 Bcl W Bcl XL相互作用 Bcl 2与Beclin1的BH3结构域结合来抑制Beclin1 Vps34复合物的形成 从而削弱了 类PI3K的作用 抑制细胞的自噬活性 6 2 雷帕霉素受体雷帕霉素受体 mammaliantargetofrapamycin mTOR 是一种保守的丝氨酸 苏氨酸激酶 mTOR可以与多种蛋白质结合形成两种不同的复合物 雷帕霉素受体复合物1 mTORC1 和雷帕霉素受体复合物2 mTORC2 其中mTORC1激活在细胞自噬的负调节中起主要作用 Ras原癌基因通路和 类PI3K AKT通路具有激活mTORC1的作用 AMP激活的蛋白激酶 AMP activatedproteinkinase AMPK 则有抑制mTORC1的作用 7 三 自噬体的测量 电镜观察Western免疫印迹技术LC3免疫荧光显微镜技术 8 自噬体在超微结构下被定义为包含未被消化的细胞质或小细胞器 如线粒体 部分内质网 且未与溶酶体融合的双层膜结构 利用电镜观察自噬体的结构可以对自噬体从早期到晚期的体积进行定性或定量测量 自噬潮 autophagicflux 指底物被自噬体包裹后运送到溶酶体内降解并重新利用的整个过程 主要通过微管相关蛋白1的轻链3 microtubuleassociatedprotein1lightchain3 LC3 在不同条件下的浓度变化进行描述 9 自噬过程中LC3的变化 LC3首先切除C端的氨基酸 散布于胞浆内的LC3 磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine PE 稳定存在于自噬体内膜和外膜上的LC3 LC3在协同由Atg3 Atg5 Atg7 Atg10 Atg12参与组成的泛素样蛋白加工修饰过程中起重要作用 其表达和LC3 至LC3 的转化程度成为自噬水平的重要标志 可以采用免疫印迹或是免疫荧光检测LC3来观察自噬的情况 除了LC3 p62蛋白检测亦被用于自噬水平评价中 10 四 自噬的干预 自噬抑制剂 氯喹 Chloroquine 羟氯喹 巴弗洛霉素A1 BafilomycinA1 3 甲基腺嘌呤抑制自噬相关基因 Beclin1激活自噬 雷帕霉素 11 五 自噬与肿瘤 双刃剑 1 在肿瘤发生的前期 自噬可以通过清除正常细胞内受损线粒体 过氧化物酶体及其他细胞毒性物质来维持细胞内稳态 抑制癌基因的激活 防止肿瘤的发生 2 在已经恶性转化的癌细胞中 自噬通过再循环作用 为癌细胞的生存提供营养物质 从而维持癌细胞的存活 并能促进恶性肿瘤的增殖和侵袭转移 自噬在肿瘤 心血管系统疾病 糖尿病 微生物感染 早衰以及神经退行性疾病的发生发展过程中均具有重要作用 12 1 自噬对肿瘤的抑制作用 自噬可清除细胞内的代谢废物 长寿命蛋白及过量积累的p62 防止细胞坏死引起的炎症 抑制细胞癌变 自噬既能清除细胞内损伤的线粒体 防止ROS的积累 通过分解代谢作用为DNA修复提供必需的核苷酸 维持细胞内染色体的稳定 防止癌基因激活 预防肿瘤的发生 自噬也能促进机体的免疫应答反应 a 抗原呈递细胞中的自噬反应能够影响多种细胞因子的释放 激活免疫应答反应 b 自噬也能激活骨髓淋巴细胞并维持其存活 c 自噬可以激活并增强MHC 类和 类分子对抗原的呈递和对CD4 T细胞的活化 增强细胞的免疫应答反应 13 2 自噬对肿瘤的促进作用 自噬有利于肿瘤细胞的存活和增殖 自噬分解代谢作用产生营养物质和能量可维持肿瘤细胞的生存 并缓解外界环境对肿瘤细胞的应激压力 低氧时HIF因子 葡萄糖转运和糖酵解酶基因的转录 Bcl 2和Beclin1的结合 清除损伤线粒体 减少ROS产生 Beclin1激活细胞的自噬 14 过度的自噬也可能导致肿瘤细胞死亡 自噬的过度表达可能会严重降解细胞内重要功能蛋白和细胞器 从而导致细胞无法生存 Veiner等认为 自噬是肿瘤细胞的一种自我保护机制 治疗中濒死的肿瘤细胞存在自噬的过度表达 但其死亡并不是由自噬导致的 15 自噬促肿瘤细胞的侵袭 转移a 自噬能使休眠的肿瘤细胞抵抗细胞凋亡 对其生存有重要的保护作用 乳腺癌细胞向骨髓转移时 肿瘤细胞中自噬水平的上调可以抑制骨髓中的TRAIL 从而保护休眠的肿瘤细胞 b 自噬可以抑制肿瘤细胞的失巢凋亡 促进侵袭 转移 16 自噬能使肿瘤细胞发生上皮 间充质转化EMT 肝细胞癌HepG2和BEL7402 饥饿诱导自噬 EMT 侵袭和转移 氯喹等抑制自噬 EMT 侵袭和转移 17 肿瘤细胞的自噬可以通过抑制微泡分泌 来降低机体对肿瘤细胞的免疫监测功能 从而促进肿瘤的侵袭转移能力 18 六 自噬与肿瘤的治疗 抑制自噬在肿瘤治疗中的作用 抑制自噬可提高肿瘤细胞对放疗 化疗的敏感性 自噬阻滞剂氯喹 羟氯喹与DNA烷化剂环磷酰胺结合能够明显地增加肿瘤消退率 显著延缓肿瘤的复发 氯喹和羟氯喹在肿瘤的放疗和化疗中具有协同作用 神经胶质瘤 骨髓瘤 乳腺癌 直肠癌 前列腺癌等多种肿瘤的治疗中被证实有效 激活自噬在肿瘤治疗中的作用虽然抑制自噬在肿瘤治疗中发挥重要作用 但也有一些肿瘤在激活自噬状态下对肿瘤的治疗有促进作用 如雷帕霉素仅在治疗肾细胞癌 神经内分泌癌和淋巴瘤取得正面效果 19 细胞自噬对营养缺乏状态下的神经细胞起保护性作用 而且可以促进神经细胞存活 海马和大脑皮质神经元在脑缺血后Beclin l表达上调 在缺血前经侧脑室注入自噬抑制剂3一甲基腺嘌呤 3 MA 可显著下调Beclin一1表达 同时海马和皮质神经元死亡显著增多 相反 经侧脑室注入自噬激活剂雷帕霉素可显著上调Beclin一1表达 同时海马和皮质神经元死亡显著减少 七 自噬在缺血性脑血管病中的作用 现有的研究结果并不完全一致 也有实验结果显示脑缺血缺氧后细胞自噬的产生可能会加重神经元损害 甚至促进神经元死亡 20 八 自噬与神经退行性疾病 神经退行性疾病主要包括阿尔茨海默病 亨廷顿舞蹈病 和帕金森病 等 共同病理特征是神经元内存在大量错误折叠并易聚集的蛋白质 如突变的 共