1、 自吞噬的分子機制與功能自吞噬的分子機制與功能 1955年，比利時科學家Christian de Dove發現了一類獨特、清晰可辨的雙層膜結構。在其中可以明顯看到細胞質包裹在這些囊泡中，de Dove正確地意識到這些囊泡的主要作用是降解細胞內物質，并把這種雙層膜囊泡命名為自吞噬體（autophagosome），并把這個降解過程稱為自吞噬（autophagy）。 20世紀90年代初，日本科學家大隅良典（Yoshinori Ohsumi）發現 自吞噬是一個在進化上非常保守的過程。u第一節 簡介u第二節 自吞噬的細胞生物學過程u第三節 自吞噬體的核心分子構成元件u第四節 自吞噬的調控u第五節 自吞噬

2、的生理功能u第六節 細胞自噬與疾病的關系第一節第一節 簡介簡介 自吞噬現象根據發生機制、功能的不同可以分為巨自噬（macroautophagy）、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。 微自噬指溶酶體或液泡限制性膜直接內陷包裹胞漿物質進行講解的過程，其中不包括自噬泡結構的形成。 分子伴侶介導的自噬（CMA）是指具有特殊基序的胞質蛋白被分子伴侶識別后，與溶酶體膜上的特殊受體-溶酶體相關膜蛋白LAMP-2A結合，進入溶酶體被降解的溶酶體降解的過程。CMA是以選擇性機制降解胞漿內可溶性蛋白的過程。 巨自噬是指饑

3、餓等刺激誘導下，細胞漿內產生雙層囊泡結構包裹細胞器或長壽命蛋白形成自噬體，與溶酶體融合最終被降解的過程。第二節第二節 自吞噬的細胞生物學過程自吞噬的細胞生物學過程自吞噬的五個步驟：自吞噬的五個步驟：自吞噬前體自吞噬前體形成形成自吞噬體的自吞噬體的形成形成自吞噬體同自吞噬體同溶酶體的融溶酶體的融合合吞噬物質的吞噬物質的降解和產物降解和產物的釋放的釋放溶酶體的再溶酶體的再生生1.自吞噬前體/歐米茄體的形成 目前已經知道PAS的存在決定于PI3P,用PI3P抑制劑處理細胞會抑制PAS的產生，PAS的產生對自吞噬體的產生是必須的。在任何一個不能產生PAS的酵母缺失突變體中，自吞噬都不會發生。 歐米茄體

4、的主要作用可能是將自吞噬形成所必須的蛋白富集在一起，從而促進自吞噬體的形成。2.自吞噬體的形成 在自吞噬形成過程中，大部分分離膜總是被內質網以“三明治”式的方式包圍，并且在分離膜開口附近自噬體膜總是同內質網融合在一起。3.自吞噬體同溶酶體的融合 自吞噬體本身只是一個收集降解底物的機器，其本身沒有降解能力，自吞噬對其所包裹的底物的降解則依賴與自吞噬體與哺乳動物中溶酶體或酵母中的酸性液泡等具有降解能力的細胞器的融合。4.吞噬物質降解和降解產物從吞噬溶酶體中釋放 在完成同溶酶體的融合后，吞噬體及其所吞噬的細胞內含物在溶酶體酸性磷酸酶等的作用下開始降解，在降解結束后，被自噬體所吞噬的生物大分子物質被降

5、解為氨基酸、單糖和游離脂肪酸。 氨基酸等降解產物不能從溶酶體中自由滲透出去，他們從吞噬溶酶體中向外的運輸有一系列處于溶酶體膜上的外向轉運蛋白來完成。代謝產物通過自吞噬合成新的蛋代謝產物通過自吞噬合成新的蛋白質、多糖和脂類白質、多糖和脂類5.自吞噬性溶酶體再生 在自噬結束后，吞噬溶酶體上溶酶體的膜成份可以通過一個管狀結構從吞噬溶酶體上回收出來，并形成一個不含溶酶體基質蛋白的“原溶酶體”。這些“原溶酶體”可通過逐漸獲得溶酶體酶而變成溶酶體，從而完成溶酶體的再生。第三節第三節 自吞噬的核心分子構成元件自吞噬的核心分子構成元件 由于酵母遺傳系統的優勢，現在在酵母中已經鑒定了34個ATG基因。隨著研究的

6、深入，大部分酵母中的ATG相關基因的同源無菌已在哺乳動物中找到，并分離鑒定成功，這說明自吞噬是一個進化保守的過程。 根據這些ATG蛋白所參與的不同過程，可以將其分成四大部分。mTOR-Atg1復合體；VPS34復合體；Atg5-Atg12修復系統；Atg8 (LC3)-PE修復系統。這四個蛋白復合體分別在自吞噬過程信號感知、信號轉換中以及在信號執行過程中起調控作用。第四節第四節 自吞噬的調控自吞噬的調控 大量細胞外（饑餓、激素、藥物等）和細胞內（衰老蛋白質的積累等）的刺激都調節自噬的發生。 mTOR和磷脂酰肌醇3-羥基激酶（PI3K）是自噬調控中的兩個重要節點。1.mTOR mTOR是一種絲氨

7、酸/蘇氨酸激酶，是細胞中營養、能量及生長因子的感受器，在調節和感受細胞內外的營養信號、調節細胞的生長和增殖中起到核心的作用。 激活狀態下的mTOR促進蛋白合成并抑制自噬的發生，而mTOR失活時，mTOR對自噬的抑制解除，自噬發生。mTOR介導的信號通路介導的信號通路營養缺乏營養缺乏TSC1/TSC2磷酸化磷酸化Rheb與與GDP相連相連mTOR失活失活抑制抑制TSC1/TSC2磷酸化磷酸化Rheb與與GTP相連相連活化活化mTOR2.磷脂酰肌醇3-肌醇激酶復合物（PI3K） 磷脂酰肌醇3-肌醇激酶復合物（PI3K）中至少I型PI3K和III型PI3K參與自噬體的形成過程。 I型PI3K控制細胞

8、表面的信號通路，抑制自噬的發生。 III型PI3K調控自噬體膜的形成，促進自噬的發生。磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇3-肌醇激酶復合物（肌醇激酶復合物（PI3K）通路）通路磷酸化磷酸化Ptdlns(4)PPtdlns(3,4)P2I型型PI3KPtdlns(4,5)P2Ptdlns(3,4,5)P3PKB活化活化PDK1PH區域區域結合結合抑制抑制磷酸化磷酸化TSC1/TSC2磷酸化磷酸化S6KmTOR激活激活抑制抑制自吞噬自吞噬含含-FYVE基序的蛋白基序的蛋白Beclin 1III型型PI3K定位于定位于TGNPtdIn3P募集募集含含-PX基序的蛋白基序的蛋白形成形成自噬體膜自噬體膜饑餓狀態營養充

9、足時JNK1磷酸化Bcl-2與Beclin 1分離促進VPS34結合Beclin 1促進自噬JNK1未磷酸化Bcl-2與Beclin 1結合抑制VPS34結合Beclin 1抑制自噬第五節第五節 自吞噬的生理功能自吞噬的生理功能細胞自吞噬細胞自吞噬的功能的功能細胞存活細胞存活細胞死亡細胞死亡抗原呈遞抗原呈遞病原體清除病原體清除脂質代謝脂質代謝累積蛋白清累積蛋白清除除1.自吞噬與細胞存活自吞噬與細胞存活 許多研究表明在營養匱乏的情況下，細胞自吞噬對于維持細胞存活起著非常重要的作用。2.自吞噬與細胞死亡自吞噬與細胞死亡 到目前為止，自吞噬在細胞死亡過程中的作用，自吞噬如何影響細胞死亡，自吞噬與細胞周期的關系還存在著一些爭議。3.自吞噬與抗原呈遞自吞噬與抗原呈遞 細胞自吞噬在免疫識別及其反應中起著非常重要的作用。4.自吞噬與病原體清除自吞噬與病原體清除 越來越多的研究表明，自吞噬在降解細胞內病原體的過程中扮演著非常重要的作用。5.自噬與脂質代謝自噬與脂質代謝 自吞噬可以通過控制脂質體脂肪細胞的分化和決定白色和褐色脂肪的比例來調節脂質的積累。6.自吞噬與累積蛋白的清除自吞噬與累積蛋白的清除 越來越多的實驗證明了自