病毒感染与细胞自噬

病毒感染与细胞自噬

李康生，代剑平

汕头大学医学院微生物与免疫学教研室，汕头市 515041

一．自噬的基本概况

1．自噬的历史起源：比利时科学家，1955年Christian de Duve应用差速离心分离细胞内各种亚微结构成分的方法从鼠肝细胞偶然分离出来而发现的。1963 年提出自噬体（Autophagosome）和自噬 “autophagy”概念。1974年获得诺贝尔生理医学奖，因此研究细胞自噬领域的人都将Christian de Duve视为此领域的奠基人。

2．自噬的内涵(概念)：⑴是指细胞内的溶酶体降解自身细胞器和其他大分子的过程，相对于主要降解短半衰期蛋白质的泛素-蛋白酶体系统，细胞的自噬被认为是大多数长半衰期蛋白质和细胞器通过溶酶体降解和再循环的一种途径。

⑵是生物进化过程中保留下来高度保守的自我保护机制，从单细胞酵母到高等的人类其参与自噬的蛋白及信号通路高度保守。

⑶在机体稳定，组织重塑，细胞发育及内环境稳态，生物合成以及适应环境等都发挥着十分重要的作用。

3．自噬的分类：根据底物进入溶酶体途径的不同分类，微自噬（Microautophagy）：参与溶酶体膜的内凹，使得一小部分胞质内溶物进入溶酶体腔。

分子伴侣介导的自噬（Chaperone-Mediated Autophagy，CMA）：参与细胞质蛋白跨过溶酶体膜的过程，不形成膜性结构，而是具有特殊基序的蛋白被分子伴侣识别后，与溶酶体膜上的特殊受体溶酶体膜相关蛋白结合从而进入溶酶体被降解。

巨自噬（Macroautophagy）：常说的自噬，目前研究最广泛。

4．自噬和凋亡的关系：

细胞死亡包括3种类型: 坏死、凋亡和自噬性细胞死亡。凋亡, 即I型程序性细胞死亡, 具有依赖 caspase参与, 染色体浓聚、细胞皱缩、DNA 降解和凋亡小体形成等特征, 其细胞的残余部分最终被巨噬细胞清除。自噬, 即II型程序性细胞死亡, 以自噬体的出现为特征, 不依赖于 caspase 的参与, 自噬体和其内的成分最终通过自身的溶酶体系统被清除。

⑴自噬为凋亡所需, 自噬通常先于凋亡, 进而启动凋亡;

⑵自噬抑制凋亡, 保护细胞: 自噬可保护细胞免于发生凋亡和坏死;

⑶自噬可以向凋亡转化, 共同促进细胞死亡。

二．自噬的形成过程及分子机制

目前已经发现人类自噬相关蛋白Atg (autophagy related gene) 31种，酵母(研究自噬的模式生物) 自噬相关蛋白30种，由于自噬过程研究不是很清楚，阶段划分没有统一。

1．自噬的诱导：细胞在接受自噬诱导信号后，在胞浆的某处(可能来自内质网和高尔基体)形成一个小的类似“脂质体”样的膜样结构，然后不断向两边延伸，成扁平状，被称为 Phagophore ( 相当于自噬前体)，是自噬发生的标志之一。

分子机制： Atg1-Atg11-Atg17-Atg20-Atg24-Atg29-Atg31和Atg13-Atg8 复合体的形成。

该过程受 mTOR (mammalian target of rapamycin)的调控。mTOR 作为能量和营养状态的感受器，在营养丰富的条件下，mTOR 可磷酸化Atg13，高磷酸化的Atg13 与Atg1 结合减弱，使 Atg1 激酶活性下降，抑制自噬的下游信号；相反，在饥饿的条件下，mTOR的活性被抑制，Atg13 去磷酸化，从而与 Atg1 激酶紧密结合，使Atg1激酶活性增强，诱导自噬的下游信号。

2．自噬体的形成和延伸：Phagophore 不断延伸，将胞浆中的成分包括细胞器及营养成分（正常或异常的）揽入膜内，然后形成密闭的球状结构，称为自噬体 (Autophagosome)，是自噬形成的标志之一。

分子机制：Atg6-Atg14-Vps34-Vps15 复合体的形成(自噬体的形成)

Atg12-Atg5-Atg16 和LC3-II-PE 泛素样蛋白系统(自噬体的延伸) 3．自噬溶酶体的形成：自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体 (Autolysosome)。

其分子机制研究刚刚开始，主要涉及溶酶体蛋白LAMP1 和LAMP2、小GTP 酶Rab7、UVRAG(the protein product of theultraviolet-radiation-resistance-associated gene)等。

4．自噬体内容物的降解：在融合期间自噬体内膜被溶酶体酶降解，自噬体中的成分被降解，产

Atg12-Atg5-Atg16 和LC3-II-PE 泛素样蛋白系统

物被送到胞浆中，供细胞重新利用.

三．自噬的调节及信号传导

目前公认的两大信号调节机制：mTOR激酶复合体和Beclin1复合体

1．mTOR激酶复合体(丝氨酸/ 苏氨酸蛋白激酶)

是调节细胞生长、增殖、运动、存活和自噬等上游通路的汇合点。

⑴分类：根据对雷帕霉素的敏感性

mTORC1(敏感型)：主要调节细胞生长、能量代谢和自噬，

mTORC2(不敏感型) 则主要参与细胞骨架的重组和细胞存活。

⑵mTOR两种调节机制作用：

①mTOR 介导的信号转导作用于下游效应物，如4E-BP1(转录起始因子4E 结合蛋白1)、S6K1 激酶(核糖体蛋白S6激酶)，启动相关基因转录和翻译，从而控制自噬；

②mTOR 激酶直接作用于Atg 蛋白来调节自噬体的形成。

⑶mTOR 作为多条信号通路中的中间环节，同时也受上游调节物的调节。

2．Beclin1复合体：

⑴是由Bcl-2、Beclin1、UVRAG和Vps34 组成。

⑵两种调节机制作用：

①Bcl-2、UVRAG、死亡相关蛋白激酶DAPK和CDK分别发挥对该复合体的抑制与活化作用，从而达到对自噬的调节。

②Vps34 产生的PI3P 可促进自噬相关蛋白Atg 结合到膜上，形成前自噬结构，促进自噬。

Beclin 1：Beclin1 可形成3类螯合物：a.Beclin1-UVRAG-PI3K III 螯合物；b.Beclin1- UVRAG-Rubicon-PI3K III螯合物；c.Beclin 1-Atg14-PI3K III螯合物。Beclin 1 是启动自噬的关键蛋白，是自噬的“守门人”，是哺乳动物中第一个被认识并证实与细胞自噬活化直接相关的肿瘤抑制基因。是人工干预自噬活性的靶点。

Bcl-2：是一种凋亡抑制蛋白，具有抑制自噬的功能，这种抑制自噬的机制被认为是通过其与Beclin1 的BH3结构域结合，减弱了Beclin1与Vps34的相互作用，这样就不能促进Atg 结合到前自噬结构 PAS 上，从而抑制自噬的发生。

UVRAG：直接与Beclin1 的CCD 结构域结合而促进自噬；增加Beclin1与Vps34的相互作用，促进自噬。

Vps34：通过与Beclin1 的进化保守结构域(ECD) 结合而发挥作用，其具有以下功能：a.可募集含有PI3P 结合域的分子结合到细胞内膜，促进自噬相关蛋白结合到膜上，形成前自噬结构。B.参与其他信号过程，包括哺乳动物感受营养物质和能量缺乏的 mTOR 信号转导通路。

四．自噬与病毒的关系