李國輝,李 東,祁馨宇,邱立鵬,唐 琦

(江蘇大學(xué)生命科學(xué)研究院,中國江蘇鎮(zhèn)江212013)

1963年比利時(shí)細(xì)胞生物學(xué)家Christian de Duve在細(xì)胞分級(jí)分離時(shí)首次發(fā)現(xiàn)溶酶體,并于1974年與Albert Claude及George E.Palade一起榮獲諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)[1～2]。細(xì)胞自噬(autophagy)就是通過細(xì)胞中產(chǎn)生的自噬體與溶酶體膜間的融合,進(jìn)而利用溶酶體中的蛋白酶將自噬體中包裹的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器進(jìn)行降解,其不同于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的選擇性降解機(jī)制。該開創(chuàng)性工作是在單細(xì)胞生物酵母中完成的,其發(fā)現(xiàn)者為日本細(xì)胞分子生物學(xué)家Yoshinori Ohsumi(大隅良典),2016年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者[3～4]。細(xì)胞自噬是廣泛存在于從酵母、線蟲、果蠅到高等脊椎動(dòng)物細(xì)胞中的一種維穩(wěn)機(jī)制,在進(jìn)化上具有高度保守性,其利用溶酶體中的各種水解酶對(duì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)聚集體或折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)、受損的細(xì)胞器以及入侵的病原體等進(jìn)行降解并回收利用[5～7]。細(xì)胞自噬異常與疾病的發(fā)生發(fā)展緊密相關(guān),如腫瘤細(xì)胞的惡性增殖、神經(jīng)退行性疾病等[8～10]。

細(xì)胞自噬是一種區(qū)別于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的降解途徑。根據(jù)細(xì)胞內(nèi)含物進(jìn)入溶酶體腔方式的不同,細(xì)胞自噬可分為巨自噬(macroautophagy)、分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)和微自噬(microautophagy)3 種(圖 1)[11～13]。巨自噬是目前研究最為深入的一種細(xì)胞自噬方式,該過程涉及到吞噬泡的形成、自噬體的產(chǎn)生以及自噬體和溶酶體間的膜融合,最后形成自噬溶酶體,將其包裹的蛋白質(zhì)聚集體或發(fā)生錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)進(jìn)行降解[12～13]。分子伴侶介導(dǎo)的自噬包括分子伴侶對(duì)底物的識(shí)別、結(jié)合,并作用于溶酶體相關(guān)膜蛋白2A(lysosome-associated membrane protein 2A,LAMP-2A),隨后在LAMP-2A復(fù)合物的作用下,將靶蛋白轉(zhuǎn)位到溶酶體內(nèi)進(jìn)行降解。微自噬就是通過溶酶體直接將胞內(nèi)折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)包裹進(jìn)來,然后在溶酶體中對(duì)其進(jìn)行降解[12～13]。

圖1 三種類型的細(xì)胞自噬示意圖(1)巨自噬能將錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)聚集體包裹起來形成自噬體,通過膜融合的方式介導(dǎo)溶酶體對(duì)其進(jìn)行降解;(2)分子伴侶介導(dǎo)的自噬指的是含降解信號(hào)序列的蛋白質(zhì)分子與熱休克關(guān)聯(lián)蛋白質(zhì)分子發(fā)生結(jié)合,進(jìn)而在胞質(zhì)中招募分子伴侶并與溶酶體膜蛋白LAMP-2A結(jié)合,誘導(dǎo)其發(fā)生寡聚化,從而介導(dǎo)待降解蛋白質(zhì)分子的轉(zhuǎn)位和降解;(3)微自噬是指直接通過溶酶體對(duì)胞質(zhì)中的一些蛋白質(zhì)進(jìn)行包裹并對(duì)其進(jìn)行降解。Fig.1 Illustration of three types of autophagy(1)Macroautophagy is generally regarded as autophagy.In the process,double-membrane vesicles enclose some protein aggregates and misfolded proteins that are subsequently degraded after fusion with lysosome;(2)The chaperone-mediated autophagy is the degradation pathway for the target protein containing degradation signal.After proteins binding to LAMP-2A on lysosomes,they are translocated from cytosol into lysosome for degradation;(3)Microautophagy directly engulfs cytoplasmic components for degradation.

當(dāng)遭受營養(yǎng)饑餓、組織缺氧、藥物化療和氧化應(yīng)激等外界刺激時(shí),細(xì)胞會(huì)被誘導(dǎo)產(chǎn)生自噬來進(jìn)行自我保護(hù),同時(shí)利用降解產(chǎn)生的氨基酸和腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)來提供胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞代謝所需的成分[14]。到目前為止,已在酵母和哺乳動(dòng)物細(xì)胞中鑒定了40多個(gè)自噬相關(guān)基因(autophagy-related gene,Atg)。酵母中每個(gè)Atg基因的編碼產(chǎn)物只有一種蛋白質(zhì)形式,而哺乳動(dòng)物細(xì)胞中一些Atg基因的編碼產(chǎn)物卻有多種異構(gòu)體形式,這些蛋白質(zhì)在自噬體的起始合成、蛋白質(zhì)靶標(biāo)的識(shí)別、自噬泡的延伸和自噬體與溶酶體膜間融合等過程中都發(fā)揮作用[15]。研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬與人類疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。細(xì)胞自噬能降解胞內(nèi)一些蛋白質(zhì)聚集體,維持神經(jīng)元的正常功能,一旦這些功能紊亂就容易引起老年癡呆、帕金森病、亨廷頓病等多種神經(jīng)退行性疾病和人體自身免疫疾病的發(fā)生[16～18]。此外,細(xì)胞自噬與機(jī)體先天免疫和后天獲得性免疫活性相關(guān)[19]。本文對(duì)細(xì)胞自噬形成的基本過程、分子調(diào)控機(jī)制及其在個(gè)體發(fā)育與腫瘤發(fā)生之間的關(guān)系進(jìn)行綜述,可為深入研究細(xì)胞自噬分子機(jī)制提供參考,并為人類疾病治療提供新的靶點(diǎn)。

1 細(xì)胞自噬的發(fā)生與調(diào)控

細(xì)胞自噬活性不足或過度對(duì)機(jī)體的正常代謝都是有害的,因此,其生物活性在機(jī)體內(nèi)受到嚴(yán)密監(jiān)視和調(diào)控。目前,人們已在酵母、果蠅和哺乳動(dòng)物細(xì)胞中對(duì)細(xì)胞自噬的誘導(dǎo)及調(diào)控進(jìn)行了廣泛深入的研究,其中TORC1和Ras/PKA等信號(hào)途徑主要調(diào)控細(xì)胞自噬的活性水平。細(xì)胞自噬的動(dòng)態(tài)過程可以人為地分為誘導(dǎo)、靶標(biāo)識(shí)別、包裹、膜泡成核、膜泡延伸、Atg蛋白循環(huán)利用、與溶酶體膜融合、靶標(biāo)發(fā)生降解和降解后組分的回收利用等幾個(gè)主要階段[20]。細(xì)胞自噬形成過程中最典型的一個(gè)生物學(xué)特征就是能夠形成具有雙層膜的運(yùn)輸泡,該囊泡在形成過程中受Atg蛋白的調(diào)控,依據(jù)這些調(diào)控蛋白質(zhì)的差異可將其分為選擇性的細(xì)胞自噬和非選擇性的細(xì)胞自噬[21]。選擇性的細(xì)胞自噬是通過自噬泡上受體蛋白質(zhì)的特異性介導(dǎo),將靶標(biāo)包裹入囊泡中并對(duì)其進(jìn)行降解;而非選擇性的細(xì)胞自噬就是胞質(zhì)中的靶標(biāo)被隨機(jī)性地包裹入自噬泡中并對(duì)其進(jìn)行降解。

細(xì)胞自噬發(fā)生過程非常復(fù)雜,其囊泡不同于出芽方式產(chǎn)生的運(yùn)輸小泡,該過程牽涉到許多蛋白質(zhì)的參與及調(diào)控,并在自噬泡組裝位點(diǎn)(phagophore assembly site,PAS)形成自噬泡直至成熟。2013年,Hamasaki等[22]報(bào)道PAS介于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與線粒體膜的接觸位點(diǎn)。現(xiàn)以巨自噬為例簡要介紹自噬泡形成的過程[23～25]:在外部壓力(如營養(yǎng)缺乏)條件下,哺乳動(dòng)物雷帕霉素復(fù)合物1(mTORC1)失活,其下游的作用靶標(biāo)ULK1/ULK2 (酵母中對(duì)應(yīng)的是Atg1蛋白)復(fù)合物去阻遏,激活后的ULK1/ULK2復(fù)合物能作用于第Ⅲ類磷脂酰肌醇3激酶(PtdIns3K)復(fù)合物,該復(fù)合物包括Beclin 1(酵母中同源蛋白為Atg6)和VPS34(液泡分選蛋白34),當(dāng)Beclin 1序列中Ser14發(fā)生磷酸化后,可促進(jìn)PtdIns3K發(fā)生磷酸化產(chǎn)生PtdIns3P分子,并激活VPS34蛋白的生物活性,這一系列誘導(dǎo)都能被細(xì)胞自噬早期效應(yīng)分子如Atg21和WIPI1/2 (酵母中為Atg18)等識(shí)別,并在PAS位點(diǎn)啟動(dòng)自噬泡的發(fā)生。

在酵母中,細(xì)胞自噬核心分子包括兩個(gè)泛素樣的蛋白質(zhì)Atg8和Atg12,它們在Atg7激活之后,能介導(dǎo)自噬泡體積的變大。研究表明Atg8蛋白高度保守,酵母中只含有單個(gè)Atg8基因,其蛋白質(zhì)產(chǎn)物C末端甘氨酸殘基與脂質(zhì)磷脂酰乙醇胺偶聯(lián),定位于酵母自噬泡表面,而N-端的螺旋結(jié)構(gòu)能介導(dǎo)自噬體與溶酶體膜間融合,是自噬體形成非必需的,但能調(diào)控自噬體的顆粒大小;Atg12能招募并形成Atg12-Atg5-Atg16復(fù)合物,該復(fù)合物在Atg9蛋白的幫助下能正確定位到PAS 位點(diǎn)[26]。2017 年 Maeda 等[27]報(bào)道,Atg8 蛋白在細(xì)胞靜止?fàn)顟B(tài)下也能夠降解一定量的脂滴,但是當(dāng)Atg8基因突變或缺失時(shí)則不會(huì)有此功能,表明Atg8蛋白具有不依賴細(xì)胞自噬途徑來維持細(xì)胞中脂滴動(dòng)態(tài)的活性。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,Atg8同源蛋白統(tǒng)稱為微管蛋白1輕鏈3(light chain 3,LC3),分為兩個(gè)亞家族,由6種蛋白質(zhì)組成,其中LC3B(light chain 3B)蛋白研究最為廣泛,與自噬體的組裝和成熟有關(guān),可決定自噬體中被包裹進(jìn)來的蛋白質(zhì)的特異性,同時(shí)可調(diào)控自噬體的大小。LC3B蛋白通常被用作細(xì)胞自噬活性的一個(gè)監(jiān)測指標(biāo),為細(xì)胞自噬研究提供了一個(gè)有效的標(biāo)記[13,28～29]。

2 細(xì)胞自噬在免疫系統(tǒng)方面的作用

細(xì)胞自噬在胞內(nèi)病原體的去除、胞內(nèi)分泌途徑調(diào)控、淋巴細(xì)胞的發(fā)育和促炎癥信號(hào)等方面都起著重要的作用。機(jī)體可通過直接吞噬胞內(nèi)病原體,或者利用膜蛋白受體如Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR),介導(dǎo)參與胞內(nèi)病原體的吞噬,產(chǎn)生的囊膜小泡與溶酶體融合形成自噬溶酶體,從而對(duì)胞內(nèi)病原體進(jìn)行清除或者降解[30～31]。

吞噬過程中產(chǎn)生的囊泡與分泌途徑中的膜泡具有相似的結(jié)構(gòu)和功能,因此,參與細(xì)胞自噬過程中的一些蛋白質(zhì)可同時(shí)在吞噬作用和蛋白質(zhì)分泌途徑中起作用。2012年Castillo等[32]報(bào)道,Atg5基因缺陷小鼠的巨噬細(xì)胞能高水平表達(dá)白介素IL-1α,從而導(dǎo)致過度的炎癥反應(yīng)?？乖蔬f細(xì)胞中抑制細(xì)胞自噬會(huì)促進(jìn)胞內(nèi)IL-1β和IL-23分泌因子水平的升高;而脂多糖刺激會(huì)抑制胞內(nèi)IL-1β 因子的分泌水平[33～34]。2016 年 Lee等[35]報(bào)道,細(xì)胞自噬調(diào)控線粒體中活性氧的水平,在巨噬細(xì)胞炎癥因子的分泌中起重要作用,胞內(nèi)活性氧水平異常與多種疾病及腫瘤發(fā)生相關(guān)。

細(xì)胞自噬激活抗原呈遞細(xì)胞,可將外來抗原有效地呈遞在巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和B細(xì)胞的表面,從而影響淋巴細(xì)胞的發(fā)育。后天獲得性免疫途徑主要通過T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞發(fā)揮免疫作用,它們在發(fā)育過程中需要特定的激活,否則會(huì)導(dǎo)致人體自身免疫疾病的發(fā)生。T淋巴激活信號(hào)主要是通過一個(gè)主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC)分子進(jìn)行抗原呈遞。該復(fù)合體分為MHCⅠ和MHCⅡ兩類,其中MHCⅠ主要存在于有核的細(xì)胞中,而MHCⅡ存在于巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞中。胞內(nèi)或胞外的一些蛋白質(zhì)需要通過泛素降解途徑或者細(xì)胞自噬進(jìn)行降解,產(chǎn)生的肽段抗原才可呈遞在細(xì)胞表面[36]。在巨噬細(xì)胞感染過程中,細(xì)胞自噬不僅能提高M(jìn)HCⅠ分子呈遞病毒抗原的能力,而且也能促進(jìn)MHCⅡ呈遞病毒抗原[37]。細(xì)胞自噬也是樹突狀細(xì)胞表面分子MHCⅡ與T細(xì)胞表面分子CD4結(jié)合所必需的;若樹突狀細(xì)胞中缺乏細(xì)胞自噬活性,則會(huì)降低MHCⅡ呈遞外來抗原的能力[38～39]。另外,細(xì)胞自噬也是維持漿細(xì)胞(也叫效應(yīng)B細(xì)胞)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和長期體液免疫所必需的,細(xì)胞自噬缺陷或過度活躍都會(huì)對(duì)漿細(xì)胞的發(fā)育和功能產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致人體自身免疫疾病的產(chǎn)生[40]。

近年研究表明,細(xì)胞自噬與NF-κB信號(hào)通路激活相關(guān)。2012年P(guān)aul等[41]報(bào)道,細(xì)胞自噬銜接蛋白Bcl10可調(diào)控T細(xì)胞受體(TCR)介導(dǎo)的NF-κB信號(hào)通路激活(一種高度保守的胞內(nèi)降解途徑)。2016年Zhong等[42]報(bào)道,胞內(nèi)損傷線粒體的清除需要依賴細(xì)胞自噬銜接蛋白p62/SQSTM1,該蛋白質(zhì)可調(diào)控NLRP3-炎性體的激活;若p62/SQSTM1發(fā)生缺失,則會(huì)導(dǎo)致炎性體和胞內(nèi)IL-1β表達(dá)水平的增加。

3 細(xì)胞自噬可維持胞內(nèi)蛋白質(zhì)/細(xì)胞器動(dòng)態(tài)平衡

胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成與降解需要維持在一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡范圍內(nèi),其與細(xì)胞自噬和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)兩條降解途徑直接相關(guān):泛素-蛋白酶體系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)降解生命周期短的蛋白質(zhì)[43];細(xì)胞自噬則可批量降解胞內(nèi)生命周期長的胞質(zhì)蛋白質(zhì)和細(xì)胞器。對(duì)于3種不同類型的細(xì)胞自噬,它們的區(qū)別在于其囊膜是特異性還是非特異性地包裹胞中的內(nèi)含物。細(xì)胞自噬功能異?；蛘{(diào)控紊亂,容易導(dǎo)致人體各種疾病的發(fā)生[44～46]。

細(xì)胞自噬在功能正常的生理狀態(tài)下充當(dāng)細(xì)胞管家,對(duì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)、氧化損壞的蛋白質(zhì)以及功能異常的細(xì)胞器等進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視,及時(shí)清除蛋白質(zhì)聚集體和功能異常的細(xì)胞器,這不僅可避免細(xì)胞過早死亡,也有助于細(xì)胞壽命的延長,提高機(jī)體的各項(xiàng)生理機(jī)能[47]。在哺乳動(dòng)物中,細(xì)胞自噬能降解胞內(nèi)形成的一些蛋白質(zhì)聚集體,如神經(jīng)元細(xì)胞中的突觸蛋白、突變的亨廷頓蛋白和tau蛋白,以及一些入侵的病原體如傷寒桿菌和結(jié)核桿菌等,從而降低神經(jīng)退行性疾病和傳染性疾病的發(fā)生概率;同時(shí),細(xì)胞自噬也能降解胞內(nèi)功能異常的線粒體、過氧化物酶體、脂滴、核糖體和部分細(xì)胞核[48]。細(xì)胞在正常的生理狀態(tài)下,其自噬活性維持在一個(gè)正常的基礎(chǔ)水平,將胞內(nèi)一些功能異常的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器去除,控制著胞內(nèi)質(zhì)控系統(tǒng);而當(dāng)細(xì)胞出現(xiàn)炎癥時(shí),自噬活性急劇上調(diào),從而維持胞內(nèi)一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡[49]。隨著人和酵母中自噬基因的鑒定,科研人員發(fā)現(xiàn)它們不僅直接參與細(xì)胞自噬體的形成,而且與組織動(dòng)態(tài)變化、抗衰老、細(xì)胞分化、發(fā)育、先天免疫、后天獲得性免疫、代謝疾病、心臟疾病、中風(fēng)和造血功能缺陷等都有直接關(guān)聯(lián)[50～53]。由此可見,機(jī)體各種器官的退化和衰老與細(xì)胞自噬功能降低呈正相關(guān),目前盡管對(duì)細(xì)胞自噬抗衰老的分子機(jī)制仍不甚清楚,但對(duì)細(xì)胞自噬途徑中相關(guān)靶分子進(jìn)行調(diào)控或許是延長壽命的一種有效方式。

當(dāng)機(jī)體處在紫外照射、營養(yǎng)饑餓和組織缺氧等逆境條件下時(shí),細(xì)胞可以通過降解并回收利用自身蛋白質(zhì)、脂類和碳水化合物等大分子物質(zhì),來提供機(jī)體生存所需要的基本成分和能量,是機(jī)體在環(huán)境不利的情況下做出的一種正常的反應(yīng)[54～55]。當(dāng)DNA發(fā)生損傷得不到及時(shí)修補(bǔ),不斷累積在細(xì)胞中時(shí),會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞老化、死亡甚至癌變,而細(xì)胞自身可以通過DNA修補(bǔ)、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬等分子機(jī)制來抑制該級(jí)聯(lián)反應(yīng)[56～57]。蛋白質(zhì)的翻譯后修飾(如磷酸化、泛素化、乙?；椭|(zhì)化)可快速誘導(dǎo)細(xì)胞自噬發(fā)生,如:腫瘤抑制因子p53的靶標(biāo)蛋白DAPk(death-associated protein kinase),其能對(duì)Bcl-2序列上119位絲氨酸以及蛋白激酶D(protein kinase D,PKD)進(jìn)行磷酸化,從而導(dǎo)致Vps34-PI3K復(fù)合物磷酸化,進(jìn)而啟動(dòng)細(xì)胞自噬的發(fā)生[58],直接將損傷的DNA進(jìn)行降解,有效管控DNA損傷誘導(dǎo)的不利反應(yīng),維持細(xì)胞中DNA和蛋白質(zhì)的代謝平衡。

4 細(xì)胞自噬影響個(gè)體發(fā)育

在一些模型生物中,人們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬缺陷會(huì)影響個(gè)體發(fā)育,如:酵母不能形成孢子、線蟲體細(xì)胞中P顆粒不能發(fā)生降解以及果蠅幼蟲致死和果蠅蛹變態(tài)發(fā)育成昆蟲受阻等[59]。在哺乳動(dòng)物中,細(xì)胞自噬在心臟、骨骼及神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和細(xì)胞分化中起著重要作用,如:紅細(xì)胞來源于骨髓造血前體細(xì)胞,細(xì)胞自噬可對(duì)幼紅細(xì)胞中的線粒體、核糖體和其他細(xì)胞器進(jìn)行降解,從而產(chǎn)生成熟的紅細(xì)胞,若自噬相關(guān)蛋白質(zhì)功能異常,將會(huì)阻礙正常紅細(xì)胞的產(chǎn)生,從而產(chǎn)生貧血癥和其他血液疾病[60]。

在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,細(xì)胞自噬對(duì)于胚胎發(fā)育、新生兒存活與器官發(fā)育都是非常重要的。哺乳動(dòng)物受精后,細(xì)胞自噬與泛素-蛋白酶體系統(tǒng)協(xié)同降解精子中的線粒體,從而有助于線粒體DNA的異質(zhì)性;受精卵發(fā)育到2個(gè)細(xì)胞之后,細(xì)胞自噬被高度激活,可降解母系來源的mRNA和蛋白質(zhì),這有助于合子基因組的活化[61～62]。Atg5基因缺失的小鼠胚胎在發(fā)育過程中不會(huì)超過8細(xì)胞階段;細(xì)胞自噬對(duì)新生小鼠發(fā)育有重要影響,這主要是來源于小鼠母系的胎盤營養(yǎng)供應(yīng)出現(xiàn)中斷,使新生小鼠面臨嚴(yán)重的饑餓挑戰(zhàn),而細(xì)胞自噬在乳汁喂養(yǎng)這個(gè)營養(yǎng)過渡期起重要的作用,神經(jīng)功能缺陷和細(xì)胞自噬缺陷都會(huì)導(dǎo)致乳汁喂養(yǎng)失敗[63]。另外,細(xì)胞自噬還有利于去除老舊組織,在細(xì)胞命運(yùn)決定時(shí)與細(xì)胞凋亡協(xié)同發(fā)揮作用。

在果蠅幼蟲變態(tài)發(fā)育過程中,其唾液腺的去除高度依賴細(xì)胞自噬介導(dǎo)的細(xì)胞死亡和細(xì)胞凋亡,然而中腸組織的降解僅依賴細(xì)胞自噬[64];在果蠅卵巢發(fā)育過程中,需要半胱天冬酶來誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬,而果蠅營養(yǎng)細(xì)胞的凋亡需要通過細(xì)胞自噬降解其凋亡抑制蛋白[65]。在大多數(shù)機(jī)體中,細(xì)胞自噬是一種重要的自我保護(hù)反應(yīng)。為了說明細(xì)胞自噬是細(xì)胞死亡的主要原因,細(xì)胞自噬導(dǎo)致的細(xì)胞死亡也被稱為Ⅱ型細(xì)胞死亡,這意味著化學(xué)或遺傳上抑制細(xì)胞自噬的活性,細(xì)胞死亡也會(huì)受到抑制。細(xì)胞自噬能降解胞內(nèi)的鐵蛋白,導(dǎo)致活性氧在細(xì)胞內(nèi)積累,從而引起細(xì)胞死亡。這種細(xì)胞防御機(jī)制也叫異體吞噬,能夠選擇性地識(shí)別胞內(nèi)微生物包括細(xì)菌、病毒和原生生物,從而把它們傳送到細(xì)胞自噬泡中進(jìn)行降解[66]。

5 細(xì)胞自噬抑制腫瘤發(fā)生

細(xì)胞自噬是一種正常的生理生化過程,能清除機(jī)體中的一些異常細(xì)胞和胞內(nèi)的異常蛋白質(zhì),對(duì)維持胞內(nèi)組分的動(dòng)態(tài)平衡和保障機(jī)體生存起重要作用。細(xì)胞自噬異常與人體許多疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),其中細(xì)胞自噬與抗腫瘤增殖活性的研究較為深入。

Yu等[67]報(bào)道,異喹啉類生物堿小檗堿(berberine)能上調(diào)原發(fā)性肝癌細(xì)胞中Beclin-1和LC3蛋白的表達(dá),誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬來殺死肝癌細(xì)胞,從而抑制腫瘤細(xì)胞的遷移和發(fā)展。另外,通過對(duì)抗細(xì)胞凋亡的細(xì)胞系進(jìn)行生物堿處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在處理后的細(xì)胞中,細(xì)胞自噬流和細(xì)胞自噬體數(shù)量顯著增多,同時(shí)胞內(nèi)AMPK-mTOR途徑也被激活,進(jìn)而殺死這些細(xì)胞[68]。粉防己堿(tetrandrine)是一種草本植物根部的生物堿提取物,同時(shí)也是一種廣譜有效的細(xì)胞自噬激動(dòng)劑。Wang等[69]報(bào)道,低劑量的粉防己堿不會(huì)影響細(xì)胞的活力,但會(huì)誘導(dǎo)非小細(xì)胞肺癌A549細(xì)胞系、人前列腺癌PC3細(xì)胞系、乳腺癌MCF-7和MDA-MB-231細(xì)胞系、神經(jīng)膠質(zhì)瘤U87細(xì)胞系和宮頸癌HeLa細(xì)胞系中細(xì)胞自噬的發(fā)生,從而引發(fā)細(xì)胞死亡。另外,一些生物堿如苦參堿、槐果堿、槐定堿、氧化苦參堿、苦豆堿和金雀花堿都具有抗腫瘤生物活性,它們能夠誘導(dǎo)一些腫瘤細(xì)胞如人白血病細(xì)胞系K562、U937和HL-60以及癌細(xì)胞系EC109、A549和HeLa發(fā)生細(xì)胞自噬,抑制腫瘤細(xì)胞的增殖,而且這種抗腫瘤效果與生物堿濃度呈正相關(guān)[70]。這些研究表明:臨床上可以通過生物堿或其類似物對(duì)腫瘤進(jìn)行治療,誘導(dǎo)胞內(nèi)發(fā)生細(xì)胞自噬來殺死腫瘤細(xì)胞,達(dá)到根除腫瘤的治療效果。目前,已在人體多種腫瘤中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬異常的現(xiàn)象,其功能異常有利于腫瘤細(xì)胞的惡性增殖和遷移,說明細(xì)胞自噬在維持正常細(xì)胞生命活動(dòng)和殺死異常細(xì)胞方面具有重要的作用。由此可見,將來有望在臨床上通過激活細(xì)胞自噬途徑,為腫瘤患者提供可行、有效的治療方案。除此之外,細(xì)胞自噬還與神經(jīng)退行性疾病、肝臟疾病、心力衰竭、糖尿病、肥胖癥和自身免疫性疾病等多種疾病和炎癥密切相關(guān)[12,71]。

6 小結(jié)與展望

細(xì)胞自噬是胞內(nèi)的一種降解途徑,與胞內(nèi)物質(zhì)代謝平衡、細(xì)胞存活和機(jī)體發(fā)育等生物過程都密切相關(guān)。細(xì)胞自噬功能異常會(huì)導(dǎo)致多種人類疾病的發(fā)生,已有報(bào)道顯示許多重大疾病都與細(xì)胞自噬功能異常相關(guān)。盡管細(xì)胞自噬在過去20年里取得了巨大的進(jìn)展,揭示了細(xì)胞自噬主要是通過溶酶體途徑對(duì)功能異常的蛋白質(zhì)和損傷的細(xì)胞器進(jìn)行降解,然而我們對(duì)細(xì)胞自噬的認(rèn)識(shí)仍停留在初級(jí)階段,如自噬體膜的來源以及胞內(nèi)來源的膜組分如何融入到自噬體膜中等科學(xué)問題仍不清楚,這些都有待于我們進(jìn)一步去闡明。此外,在細(xì)胞自噬發(fā)生過程中,許多與細(xì)胞自噬相關(guān)的蛋白質(zhì)都發(fā)生了翻譯后修飾,然而這些修飾方式如何調(diào)控細(xì)胞自噬的活性也不甚清楚,或許通過揭示細(xì)胞自噬相關(guān)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)及其相互之間的作用,有助于闡明這些科學(xué)問題,從而為深入揭示細(xì)胞自噬在人體疾病中的發(fā)生和調(diào)控機(jī)制提供理論依據(jù)。