细胞自噬的研究

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。