细胞自噬的研究
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细胞自噬的机制和功能研究细胞自噬是一种通过溶酶体降解额外或有害的细胞成分的重要细胞内保护机制。
这个过程可以通过一些细胞器或胞质的生物发生来实现。
细胞自噬的机制和功能在细胞学、生物学和医学中具有重要意义。
在过去几十年中,研究者通过在各种器官和组织中观察细胞自噬的现象,实现了对这个过程的深入了解。
以下是对细胞自噬机制和功能的研究的总结。
细胞自噬的机制细胞自噬是由多种信号途径和分子机制调控的。
其中,根据形成位置和机制不同,细胞自噬被分为宏自噬和微自噬两种。
在宏自噬中,细胞通过形成双层膜来捕获或包裹细胞成分,将其转运到溶酶体,然后把其分解成单独的物质。
在微自噬中,呈膜结构的细胞成分被直接构成或毛细管系统被伪标记,然后融合到溶酶体中。
宏自噬的过程可以分为几个步骤:分别是加载、分泌、合并、淋巴酯酶(LIPA)降解、高分子碎片溢出。
细胞首先通过酪氨酸蛋白激酶mTOR抑制信号途径,启动细胞自噬过程。
ATG1-ATG13复合物(ATG:细胞自噬相关蛋白)会被蛋白酶范围B1(PRRB1)所磷酸化,并被解离成单独蛋白。
然后ATG9将蛋白质袋射向源液泡,ATG16L继续补充包翅膀袋的蛋白酶,形成汽车路线。
ATG16L 会与ATG7蛋白修饰酶结合,产生膜的存在。
接着,ATG9/ATG8与LC3/AA定量招聘,从而形成包囊。
包囊可通过光刻版等工具精确制备,并且可以清晰的观察。
一旦包袱出现,加载ATG9/ATG16L和LC3/AA的途径也变得更加显著。
通常,这些被指定为夹克球(topology-specific index),并且在细胞中具有非常强的存在感。
最后,细胞通过LIPA将细胞成分降解成单独的物质。
微自噬涉及的许多因子与宏自噬相同。
然而,微型成分的组织和细胞可以与宏自噬的物质不同。
这个过程通常与固定成分有关,包括蛋白,DNA人差一点没打成原来的去氧核糖核酸(DNA)。
在微自噬过程中,每个微自噬小囊泡是由内部单层囊泡贯穿对向的两个细胞膜创造的。
细胞自噬的研究及应用细胞自噬(autophagy)是一种重要的细胞代谢过程,它能够将引起细胞损伤的蛋白质、细胞器及其他细胞成分分解成简单的分子,在某种程度上能够帮助人体抵御许多疾病。
目前,细胞自噬已经成为生命科学研究的热点之一,并且在许多领域都有广泛的应用。
细胞自噬的研究细胞自噬的最初描述可以追溯到上世纪50年代,随着研究的深入,人们对细胞自噬的分子机制及其调控不断有新的认识。
通俗地说,细胞自噬的过程可以分为形成舒张体(phagophore)、闭合舒张体、被溶酶体吞噬、酶降解组分、产生储存小泡(autolysosome)五个阶段。
从分子层面上来看,细胞自噬的形成、调节、途径选择等均涉及到许多信号通路的参与,诸如mTORC1通路、AMPK、FoxO、PINK1、Parkin等调控因子的参与。
近年来,细胞自噬在癌症、神经退行性疾病、自身免疫以及心血管等方面的作用被人们广泛地关注。
通过对细胞自噬通路调控和分子标志物识别的深入研究,人们发现了许多干扰细胞自噬的因素,例如病毒感染、突变、外界药物干扰等等。
一些基因突变可能与自噬通路有关。
比如,在家族性巨大细胞淋巴增生症(FHL)患者中,患者的蛋白酶原重链(LAMP2a)变异导致自噬失调,因此病人免疫细胞增多,免疫攻击过度而被认为是自体免疫的原因之一。
此外,在一些神经退行性疾病中,自噬调节也被视为起主导作用的方案之一。
细胞自噬的应用自噬吞噬了所有类型的细胞成分,因此它在医学和科学领域有十分广泛的应用。
细胞自噬的作用可以分为保护和毒性两种类型,其中保护作用主要体现在以下方面:保护作用:1. 防御外源性因子引起的细胞损伤:例如细胞暴露于药物、脂肪或热量等外部因素时,自噬可能帮助细胞纠正受损的膜和蛋白质。
2. 维持器官功能:许多外源性病原体或毒素可以通过自噬途径被清除,极大地增强了细胞和组织的代谢和功能。
3. 支持细胞代谢灵活性:通过将部分细胞器和蛋白质分解成介于生长和死亡之间的状态,自噬增加了细胞对内外环境的适应性。
细胞自噬的基础知识与研究进展细胞自噬(autophagy)是指细胞自身分解和回收废弃物质的一种过程,具有维持细胞内环境平衡、细胞生长、代谢和身体适应力等方面的重要作用。
它是细胞生物学领域中的一大研究热点,得到了广泛关注。
一、细胞自噬的三种类型细胞自噬分为三种类型:微型自噬(microautophagy)、宏型自噬(macroautophagy)和小体自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。
其中,微型自噬与宏型自噬是非选择性自噬,而小体自噬则是选择性自噬。
微型自噬是指细胞通过直接将废物分解成小的空泡来完成清除废物的过程。
宏型自噬则是通过将废物包裹进一个由双层膜组成的泡膜内,使其与溶酶体融合、分解的过程。
而小体自噬则是通过由Hsc70蛋白、LAMP-2A和HSP90组成的复合物来识别、捕获并分解特定蛋白质的过程。
二、细胞自噬的生化机制细胞自噬不仅涉及大量的细胞生物学蛋白质,还涉及到一些细胞内化学物质。
自噬的基本过程首先涉及由Atg(autophagy-related gene)基因编码的多种蛋白质在细胞内的调节作用。
这些蛋白质可以调节自噬与外环境的联系,以及与涉及的细胞运输相关的分解系统的作用。
细胞自噬的开始通常是由Atg1和Atg13等蛋白复合体的存在调节的,这些蛋白质作为自噬衍生的起点,启动成为自我糖化的起点。
蛋白复合体说大多是保存在细胞滋生蛋白(ER)突出物内或腺苷酸酰化酶(mTOR)等控制细胞自我代谢的重要酶中。
细胞自噬的早期主要涉及细胞内与mTOR有关的信号转导通路和PtdIns3K(磷脂酰肌醇3-激酶)通路。
其中,mTOR通路通过进一步活化Ras相关蛋白、主导蛋白(PKB或AKT)等蛋白的更多生物活性,使得下游的Atg1和Atg13蛋白被阻止,从而抑制细胞自噬的过程。
而PtdIns3K通路则是自噬开始的关键,它通过生成PtdIns3P(磷脂酰肌醇3-磷酸)在细胞的自噬小泡形成中发挥了作用。
细胞自噬机制的研究进展细胞自噬是一种重要的细胞代谢途径,通过分解和回收细胞内部的有害或无用物质,维持细胞内环境的稳定性,并起到调节细胞生长、维持生命活动的作用。
近年来,对细胞自噬机制的研究取得了许多重要的进展,从细胞自噬的启动、调控到自噬相关疾病的研究均有新的突破。
首先是细胞自噬的启动机制。
细胞自噬最早的启动信号是一种被称为ATG1/ULK1 kinase的蛋白酶,它能够与自噬剂源泡膜(phagophore)结合,激活其他ATG蛋白的功能,从而启动自噬。
最近的研究表明,ATG1/ULK1 kinase的激活还受环境因素和细胞代谢状态的影响,例如细胞内的营养水平和能量状态。
这些发现揭示了细胞自噬启动的新机制,为了解自噬调控提供了新的线索。
其次是细胞自噬的调控机制。
自噬过程需要大量的ATG蛋白参与,这些蛋白通过形成复合物,调控自噬各个阶段的发生和进行。
其中,两个关键复合物是PI3K-III复合物和ATG12-ATG5-ATG16复合物。
PI3K-III复合物通过合成一种称为PI(3)P的信号分子,在细胞膜上构建自噬剂源泡膜。
ATG12-ATG5-ATG16复合物则参与自噬剂源泡膜的扩张和囊泡的合并。
最近的研究还发现,一些细胞膜上的磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇酶(PI(3)P)与ATG蛋白之间的相互作用也对自噬的调控具有重要作用。
这些调控机制的研究有助于我们进一步理解细胞自噬的分子机制。
此外,细胞自噬还与一些疾病的发生和发展密切相关。
许多疾病,如肿瘤、神经变性病和心血管疾病等都与细胞自噬的异常有关。
例如,自噬的减少会导致细胞内垃圾物质的堆积,进而引发细胞的恶变和肿瘤的发生。
而神经变性病如阿尔茨海默病和帕金森病则与自噬的缺陷有关。
近年来,针对自噬异常的调控策略也成为了疾病治疗的重要研究方向。
综上所述,细胞自噬机制的研究正迅速推进,从自噬的启动机制、调控机制到与疾病的关系,都有了许多新的进展。
随着技术的不断发展,相信细胞自噬机制的研究将为细胞生物学和疾病治疗提供更深入的见解和新的方向。
细胞自噬现象的研究与应用自噬是指细胞内的一种生理现象,当细胞出现异常或受到外界刺激时,会通过释放酶来分解组成细胞的蛋白质、脂肪等细胞器,从而获得能量和新的物质,以保持细胞的正常运行。
自噬现象在生物学研究中一直备受关注,它拥有广泛的应用价值,涉及多个领域,比如医学、生物技术等。
对于细胞自噬现象的研究,最初是在20世纪50年代由Christain de Duve发现并提出的,他主要是通过对酵母的研究,发现酵母细胞在多种条件下可以发生细胞自噬。
自此以后,人们开始对细胞自噬的机制和调控机制进一步深入研究。
随着研究的不断深入,越来越多的科学家开始探究自噬现象在生物学中的应用。
这个领域最为显著的例子是,自噬现象在治疗疾病方面的应用。
比如研究发现,自噬现象在抗病毒抵御感染过程中起着重要的作用。
当感染进入到宿主细胞中的时候,细胞便会对病毒进行自噬分解,进而消除病毒。
因此,对于一些抗病毒物质的研究,就需要关注细胞自噬现象的调控和作用机制,以期从更深层次上研究治疗疾病的新途径。
除了医学领域的应用,细胞自噬现象还涉及到一些其他的领域。
比如,在生物技术领域,自噬现象也有着广泛的应用。
比如,自噬信号通路的研究可以为基因工程、药物开发等领域提供有效的技术支持;自噬信号通路对植物的营养代谢也有着重要的影响,这对于粮食生产和提高农业生产的效率也有着重要的作用。
同时,自噬现象的研究还有助于理解和防治许多心理疾病。
例如,自闭症是一种与自噬相关的神经发育异常病例,它对人的语言、社交、情感和行为产生了影响。
进一步研究自噬在神经发育中的作用,可以帮助人们更好地理解和预防类似的疾病。
综上所述,细胞自噬现象在生物学的研究中有着很多的应用价值,涉及到医学、生物技术等领域。
通过对细胞自噬现象的了解和研究,我们可以更好地理解细胞的生理和代谢过程,从而为未来的疾病治疗、研发和生产提供更有效的技术支持。
我们相信,随着科技和研究的不断提高,细胞自噬在新领域中的应用和探索也将有着更精彩的表现。
生物学中细胞自噬的研究近年来,生物学领域的一项重要研究成果是细胞自噬的发现与深入研究。
细胞自噬是指细胞通过消化自身分解产物来维持自身代谢平衡的一种细胞现象。
它的研究对于人类及动物的健康具有重要的意义与作用。
本文将围绕细胞自噬该领域展开深入探讨。
一、细胞自噬的发现细胞自噬的概念是由日本科学家吉野彰正于1992年提出的。
在细胞自噬之前,人们对于细胞分解嵌合体的理解还比较有限。
吉野彰正发现一种被人们忽视的细胞生理现象,通过将带病毒质粒的细胞置于药物处理的培养基中,结果发现该细胞可以清除质粒并将质粒分子进行分解。
随后的研究显示,直到20世纪末期,由于方法和技术的限制,广大科研人员尚未有效地探究细胞自噬现象本质。
直到技术手段的提高,人们对细胞自噬的认识才被逐渐深化,到今天,细胞自噬已经成为一个重要的生物学研究方向。
二、细胞自噬与防止肿瘤的发生目前研究表明,细胞自噬和防止肿瘤的发生密切相关。
细胞的舍去对人体是有益的,大量的研究也证明了这一点。
如果某些细胞坏死,而这些细胞没有被清除,那么这样的坏死细胞会向身体里面释放出大量的各种细胞物质,这会引起身体内部的炎症,并需要大量的细胞来进行修复。
在肿瘤的形成过程中,肿瘤细胞究竟是如何获得巨大的生命力和代谢能力呢?研究表明,肿瘤细胞的代谢与自身病理的特点以及抗肿瘤属性有关。
正是在生命过程中,细胞对自身分泌进行调整的能力,使得其能够抵抗环境和被切断时的伤害。
细胞自噬相当于调节肿瘤细胞分泌所必需的氧、糖、氨基酸和脂质等目标分子,以维持肿瘤细胞生长和分裂。
三、细胞自噬与新陈代谢相关的疾病除肿瘤之外,细胞自噬还与其他与新陈代谢相关的疾病密切相关,如糖尿病、肥胖症、神经退行性疾病和感染等。
在这些疾病的发生中,细胞自噬参与了细胞凋亡过程和制定免疫应答机制,从而使得各种疾病的发生发展更容易得到解释和理解。
四、细胞自噬对于肌肉延迟性损伤的修复作用在肌肉损伤的修复过程中,细胞自噬也扮演了非常重要的角色。
生命科学中的细胞自噬研究细胞自噬是细胞生物学中一个热点研究领域,它是指细胞内部发生的一种自我降解的过程。
在这个过程中,细胞会将一些无用或老化的蛋白质、细胞器、细胞膜等物质包裹成一种囊泡,然后将其输送到细胞内部的溶酶体中进行降解,最终释放出有用的物质进行再利用。
细胞自噬是细胞内部垃圾清理系统的重要组成部分,它对于细胞的正常运作、代谢调节、细胞周期等方面都起着非常重要的作用。
同时,细胞自噬也与多种疾病的发生密切相关,例如神经系统疾病、心血管疾病等。
因此,对细胞自噬的研究不仅有助于我们深入了解细胞的生理过程,还可以为治疗一些疾病提供新的思路和方法。
目前,细胞自噬的研究已经成为了生命科学中的一个重要领域。
在这个领域中,最重要的就是探究细胞自噬发生的机制和调控。
在科研工作中,研究人员主要利用显微镜、荧光染色、基因编辑等技术手段,观察和分析细胞自噬过程中相关的分子、细胞器以及信号通路等方面的变化,从而逐步揭示其调控机制和分子基础。
对于细胞自噬调控机制的研究中,最近几年发现的一个重要调控因子就是mTOR(mechanistic target of rapamycin)。
mTOR是一个受外界信号调节的蛋白激酶,它能够通过多种途径调控细胞的代谢、分裂、分化等生理功能。
而在细胞自噬的调控中,mTOR 主要通过调节ATG13和ULK(unc-51 like autophagy activating kinase)等基因的表达,进而发挥其调控作用。
除了mTOR之外,还有一些其他的因素也被认为和细胞自噬调控有关。
例如一类叫做Rab GTPase的蛋白在细胞自噬过程中也发挥着很重要的作用。
这个家族的蛋白主要调节细胞内膜转运和小泡体的形成,从而影响细胞自噬的各个环节。
此外,还有一些与细胞自噬调控相关的细胞器也备受科学家的关注。
例如内质网(ER)和线粒体等,在细胞自噬过程中也发挥着非常重要的作用。
在研究中,科学家们发现,内质网和线粒体在自噬过程中不仅可以通过产生信号分子来参与调控,还会和自噬囊泡一起降解和释放有用物质。
细胞自噬在生物学中的研究随着科技的不断发展,生物学领域对于细胞自噬的研究日益深入。
细胞自噬是指通过一个细胞内的韧带分解系统将细胞成分降解,从而维持细胞内环境的稳定性。
自噬作为一种生物现象已经被发现了很长时间,但是其机理一直没有被完全理解。
现在,随着生物学技术的进步,人们对于细胞自噬的认识也越来越深入。
一、细胞自噬的发现和研究历程在20世纪40年代初期,细胞自噬首次被发现。
这一过程是由Belanger和Luciuk在1950年首次进行描述的。
直到20世纪80年代以后,生物学家们才对细胞自噬的机理有了一些初步的了解。
在90年代初期,生物学界对于细胞自噬的研究得到了进一步的推进。
1993年,Yoshinori Ohsumi在大肠杆菌中发现了一些自噬基因,这些基因有助于理解细胞自噬的发生机制。
此后,生物学家们对于自噬的研究取得了突破性进展。
二、细胞自噬的生理机制细胞自噬的生理机制非常复杂,现在我们只能对其的基本流程进行简要介绍。
自噬需要通过多种蛋白酶参与的韧带来完成。
这些酶帮助降解被包含在细胞的内部或外部的蛋白质分子。
细胞内部发生自噬的流程是:在某些压力下,自噬初始化复合物ASPP1-CBF3-DORFMFN5明显受到调控并结合DORFMFN5并结合肿瘤抑制因子,形成自噬体。
自噬体将细胞内的蛋白质、碳水化合物和脂质分子分离出来,并通过膜融合和水解酶的参与被降解和分解。
自噬体形成的速度、自噬体的大小、大小的变化以及自噬体的降解速度等各个方面都受到严格的控制,在细胞内稳定的环境下发生。
三、细胞自噬的作用细胞自噬在维持细胞环境的稳定性中起着重要的作用。
自噬通过降解细胞内部的垃圾、病毒和其他有害分子来清理细胞内部的环境,从而保护细胞免受损害。
此外,自噬还能够协调细胞的新陈代谢活动,帮助细胞对抗内外的压力,维持细胞生命的功能。
自噬还能够调节细胞的发育和分化,调控免疫和代谢等生物过程。
很多研究表明,细胞自噬与许多人类疾病如癌症、神经退行性疾病、心血管疾病等密切相关。
细胞自噬的研究方法一、本文概述细胞自噬是一种细胞内自我降解和再循环的过程,通过这一过程,细胞能够清除受损、老化或多余的细胞器及蛋白质,从而维持细胞内部环境的稳态。
近年来,随着对细胞自噬机制的深入研究,其在生物学领域的重要性日益凸显,成为了生命科学研究的热点之一。
本文旨在探讨细胞自噬的研究方法,包括细胞自噬的监测技术、诱导与抑制方法,以及研究细胞自噬在疾病发生发展中的作用等。
通过本文的阐述,希望能为从事细胞自噬研究的科研人员提供有益的参考和借鉴,推动细胞自噬研究领域的深入发展。
二、细胞自噬的基本过程与机制细胞自噬是一种细胞内降解和回收细胞质组分和细胞器的重要过程,对维持细胞稳态和适应环境变化具有关键作用。
自噬的基本过程可以分为几个关键步骤,包括自噬体的形成、自噬体与溶酶体的融合以及自噬体内物质的降解。
自噬体的形成是自噬过程的起始阶段。
在这一阶段,细胞内的双层膜结构(称为吞噬泡或自噬泡)开始延伸并包裹待降解的细胞质组分或细胞器。
这一过程受到多种自噬相关基因(ATG)编码的蛋白质的调控。
一些关键的ATG蛋白,如ATG5和ATG12,参与自噬体膜的延伸和闭合。
接下来,自噬体与溶酶体融合,形成一个自噬溶酶体。
在这一步骤中,自噬体的外膜与溶酶体的膜融合,释放出自噬体内的物质进入溶酶体的酸性环境。
溶酶体中含有多种水解酶,这些水解酶能够降解自噬体内的蛋白质、脂质和糖类等有机物。
自噬体内物质的降解是自噬过程的最后阶段。
在自噬溶酶体中,水解酶将自噬体内的物质分解为小分子,如氨基酸、脂肪酸和单糖等。
这些小分子可以被细胞重新利用,以支持细胞的代谢活动和生长需求。
除了上述基本过程外,细胞自噬还受到多种信号通路的调控。
例如,雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路和腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路是调控自噬的两个重要通路。
mTOR通路在营养充足时抑制自噬,而在营养不足时则促进自噬的发生。
AMPK通路则在能量不足时激活自噬,以提供能量来源。
细胞自噬的生物学研究细胞自噬是一种细胞内清除不需要的或者损坏的蛋白质和细胞器的重要机制。
这个过程涉及到许多分子,包括细胞膜蛋白、细胞质酵素、ATP酶等,在研究细胞自噬这个主题时,科学家们经常会从不同的角度进行探究,以期能够更好地理解这个机制,并最终将其应用于疾病治疗中。
细胞自噬的起源细胞自噬这个术语,最早出现在20世纪50年代。
当时,科学家们通过电子显微镜观察到了一种神秘的小体,这些小体在细胞内部嵌入膜层,并且它们似乎在吞噬着其他细胞器和蛋白质。
几年后,科学家们将这些小体命名为“自噬体”,并将它们与一种被称为“细胞自噬”的过程联系了起来。
细胞自噬的阶段细胞自噬是一个由许多步骤组成的复杂过程。
在此过程中,细胞质被包裹在双层膜中,形成自噬体。
然后,自噬体与溶酶体融合,自噬体内的内容被降解,并在细胞内部重新利用。
这个过程被分为四个主要阶段:识别和封装阶段、早期缩小和移动阶段、晚期膜运输和溶酶体融合阶段以及内容消化和溶酶体膜结构的恢复阶段。
细胞自噬途径细胞自噬方式有多种途径,如非选择性自噬(macroautophagy)、微自噬(chaperone-mediated autophagy)、麻醉自噬(microautophagyof cytoplasmic components)以及自噬体外分泌等。
非选择性自噬(macroautophagy)一般被认为是最常见的自噬途径,它能够清除各种类型的细胞器和蛋白质。
相比于非选择性自噬,微自噬和麻醉自噬在细胞清除和细胞代谢过程中起着次要的角色,但是它们仍然是重要的细胞自噬途径。
细胞自噬的与疾病科学家们通过不断地研究,已经发现了细胞自噬与许多疾病之间的关联。
例如,细胞自噬不良与多种神经变性疾病、心脏疾病以及肿瘤等疾病相关。
同时,科学家们也开始尝试运用细胞自噬机制来治疗疾病。
细胞自噬能够清除病毒和细胞内的有害蛋白质,同时还可以提高细胞的代谢能力,进而起到治疗和预防多种疾病的作用。
细胞自噬的研究
细胞死亡分为程序性细胞死亡和坏死, 而程序性细胞死亡又可分为两种,Ⅰ型为细胞凋亡,Ⅱ型是自噬性细胞死亡。
自噬是细胞对自身结构进行蛋白降解的一种方式,具有多种生理功能。
近年来对细胞自噬的研究有了很大的进展。
自噬是一个受严格调节的细胞内容物的降解和再循环过程, 参与了细胞器的代谢和再利用以及对细胞内生物能量的补充。
在自噬过程中,部分或整个细胞质、细胞器被包裹进双层膜的囊泡,形成自噬泡(autophagic vacuoles) 或自噬体(autophagosomes)。
自噬体形成后很快变成单层膜然后与溶酶体结合形成自噬溶酶体, 完成内容物的降解。
自噬作为细胞生存的一种机制在很多生理过程如清除损伤、衰老细胞器上发挥重要作用。
现在一般认为自噬一旦被过分激活就会导致细胞“自杀”- 程序性细胞死亡。
因此这种“自噬性细胞死亡”被定义为Ⅱ型程序性细胞死亡,后者以在电镜下细胞内出现大量含双层膜的自噬体为形态学特征。
细胞自噬的形成过程大致可分为如下几个阶段:首先,即将发生自噬的细胞浆中出现大量游离的膜性结构,称为前自噬泡;前自噬泡逐渐发展成为由双层膜结构形成的空泡,其中包裹着变形坏死的细胞器和部分细胞浆,这种双层膜被称为自噬泡,关于自噬泡的来源,最新观点认为还有可能是来自于线粒体。
自噬泡的外膜与溶酶体膜融合后,内膜及其包裹的物质进入溶酶体,被溶酶体中的酶水解,这一过程使进入溶酶体的物质分解为细胞生存所必需的组成成分,例如蛋白质分解为氨基酸,核酸降解为核苷酸,从而被细胞再利用。
细胞自噬的主要生理功能,是及时清除细胞中随时产生的“垃圾”(如破损或衰老的细胞器、长寿命蛋白质、合成错误或折叠错误的蛋白质等),维持细胞自稳状态。
无论是肿瘤细胞还是正常细胞,保持一种基础、低水平的自噬活性是至关重要的。
同时,自噬的产物,如氨基酸、脂肪酸等小分子物质,又可为细胞提供一定的能量和合成底物。
可以说,细胞自噬就是一个“备用仓库”。
具体分析细胞自噬的功能,可归纳为有三大功能:(1) 自噬是营养缺陷下的细胞适应性反应, 通过其降解产物来合成氨基酸以及其它一些新陈代谢和生物合成所必需的元素。
(2)自噬也可以被看作是一种维持内环境稳定的机制,包括再生老化的蛋白质、过氧化物酶、线粒体以及调节内置网的大小, 清除不需要的和损伤的细胞器和分子。
(3)自噬在特定的组织中还有特殊的功能: 如参与肺泡Ⅱ型细胞表面活性物质在细胞内合成; 在红细胞成熟过程中负责清除线粒体、核糖体等,在红细胞成为双凹状形态过程中起重要作用。
R eggiori等研究表明在高胆固醇血症的小鼠中,细胞自噬被抑制,红细胞就不能成为双凹状。
鉴于上述作用,在正常生理情况下,细胞自噬可以帮助细胞在缺乏营养的恶劣环境中生存。
同时,自噬也可为肿瘤细胞带来几大好处:首先,肿瘤细胞本身就具有高代谢的特点,对营养和能量的需求比正常细胞更高,但肿瘤微环境往往
不能如意,如肿瘤发生初始期到血管发生之前、肿瘤长大发生血管崩塌时、肿瘤细胞脱离原发灶游走时等都会出现营养不足或供应中断,而此时提高自噬活性可以有助于度过这一危机。
其次,当化疗、放疗后,肿瘤细胞会产生大量的破损细胞器、损坏的蛋白质等有害成分,此时提高自噬活性可及时清除这些有害物质,并提供应急的底物和能量为修复受损DNA 赢得时间和条件。
另外,抑制细胞自噬可以导致细胞更容易发生凋亡。
有实验表明,在抑制细胞自噬后,在乳腺癌、睾丸癌、结肠癌和HCT116 细胞中都观察到了由环境压力导致的细胞凋亡的增多。
然而,细胞自噬在肿瘤的生成和癌症的发展中到底扮演怎样的角色,目前还没有取得广泛一致的意见。
但是大多数研究者认为,细胞自噬是一种对抗细胞癌变的机制。
首先,一些与癌症生成有关的表观遗传学修饰与细胞自噬水平的下调有着密切的关系。
这说明细胞自噬在癌症发生的阶段就起到了抑制的作用。
其次,实验证实细胞自噬最主要的正调节因子如Beclin 1 在多种人类癌细胞中缺失,如人类的乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌等。
有动物实验证明,在Beclin 1 单等位基因敲除的小鼠中,发现有多种癌症的发病率明显高于正常小鼠。
再其次,细胞自噬的其它相关基因在多种肿瘤细胞中缺失。
另外,还有实验证明在正常组织中长期慢性地抑制细胞自噬,会激活肿瘤生成过程。
由此不难看出,细胞自噬也扮演了一个对抗肿瘤生成的角色。
许多学者对细胞自噬水平与肿瘤发生发展之间的联系提出很多观点, 现在普遍认为自噬在肿瘤发生发展中起促进和抑制双重作用, 在某些情况下可以相互转化。
据报道鼠的肝癌发生与发展过程中伴随着自噬现象进行性减少, 癌前病变期肝细胞自噬活动降低到正常时50% , 在肝癌细胞中自噬更是降到正常20%。
同时Kondo等报道在肿瘤晚期, 实体瘤内部细胞营养缺乏情况下自噬很可能被激活,维持肿瘤细胞生存。
总之,细胞自噬之所以可以抑制细胞发生癌变,可能产生于以下几种机制。
首先,细胞自噬的抑制会加重坏死细胞的局部炎症反应,从而导致肿瘤的生长。
而细胞自噬可以清除坏死的细胞器,调整内源性的压力,从而稳定基因组,减少细胞向癌细胞的转变。
其次,细胞自噬既可以加强细胞检验点的检查作用,又起到了稳定基因组的作用,从而减少了细胞的癌变。
1.自噬与肿瘤基因
按照自噬与肿瘤基因关系可将肿瘤基因分为三类。
第一类是癌基因和抑癌基因在细胞自噬途径中共同作用、相互抵制,这样癌基因和抑癌基因在自噬途径作用方式突变可能导致肿瘤发生。
PTEN 肿瘤抑制基因、I 型PI- 3 激酶和Akt 癌基因、Ras和Myc 癌基因都是这种类型。
第二类是参与自噬调节的基因, DAPK 就是其中的典型, 不像
上面提到的基因, 它通过促进细胞死亡形成它抑制肿瘤的功能。
人类肿瘤细胞经常缺少DAPK 表达。
第三类也是最直接的一类就是自噬执行基因,它们表现
为肿瘤抑制功能, 它们缺失易引起肿瘤发生,Beclin1 就是这类的典型。
哺乳动物自噬基因Beclin1 的发现让我们对自噬与肿瘤关系有了更深的了解,Beclin1 位于人类17q21。
有研究表明Beclin1在人类散发性卵巢癌中下降了75% , 在乳腺癌中下降了50% , 在前列腺癌中下降了40%。
Beclin1 的表达可以降低人类乳腺癌的发生率,它被认为是乳腺癌中的肿瘤抑制基因。
2.细胞自噬与肿瘤治疗
在肿瘤治疗过程中发现一些因素可以引起细胞自噬。
例如Persson 等研究表明放射线可促进肿瘤细胞发生自噬性死亡。
Kanzawa 等发现三氧化二砷可以介导神经胶质瘤细胞产生自噬性细胞死亡。
近来一些学者发现利用一些药物可以诱导肿瘤细胞自噬来达到治疗肿瘤的目的, 如Opipari等研究发现白藜芦醇可以诱导卵巢癌细胞自噬来辅助治疗卵巢癌。
对于细胞自噬在肿瘤治疗中作用这方面的研究越来越引起人们的重视。
总结:
早在1962 年Ashford 等就已提出细胞自噬这一概念,但直到近十年才引起人们重视。
自噬是广泛存在于真核细胞中的生命现象, Atg 基因的发现使我们从分子水平认识了自噬。
虽然对细胞自噬的研究取得了巨大的进展, 但是自噬和自噬性细胞死亡与肿瘤发生发展的相互关系以及在癌症治疗中自噬和自噬性细胞死亡的调节机制还有许多不清楚的地方。
对自噬性细胞死亡还需要进行更深入的研究。
细胞自噬研究的进展可能为恶性肿瘤的治疗提供更新的途径, 为克服癌症对化疗药物耐受提供新的方法。