自噬是细胞内的物质成分利用溶酶体被降解过程的统称，自噬性细胞死亡是细胞在周围恶劣环境下自噬被过度激活不能再维持细胞生存而导致的细胞死亡。c-myc，Beclin 1，Bcl-2、Bcl-xL可能是自噬相关基因；自噬与癌前病变、癌细胞增殖及其抑制存在密切关系， 诱导肿瘤细胞自噬性死亡是治疗肿瘤的潜在途径。

    1 自噬的概念与功能

    1.1 自噬的概念

    自噬是细胞内的物质成分被溶酶体降解过程的统称，它是真核细胞所特有的。自噬被启动后,细胞开始在胞浆中形成300-900nm大小的多层膜的液泡，其中包裹着要被降解的物质。随后液泡与溶酶体融合，液泡中的底物在酸性环境和溶酶体酶的共同作用下被降解，例如蛋白质被分解为氨基酸、核酸被分解为核苷酸等等。细胞内的物质主要有两种降解途径，一种通过蛋白酶体介导的降解，另一种是自噬介导的降解。蛋白酶体主要降解细胞内的短寿命蛋白，而自噬则负责长寿命蛋白和一些细胞器的降解利用[1]。自噬是细胞对内外界环境压力变化的一种反应，在某些情况下自噬还可导致细胞死亡，被认为是区别于细胞凋亡(Ⅰ型程序性死亡) 的另一种细胞程序性死亡形式(Ⅱ型程序性死亡)[2]。

    2.2 自噬的主要功能

    自噬主要有四种作用: (1)自噬是对外源性刺激（包括营养缺乏、细胞密度负荷、低氧、氧化应激、感染等）的一种适应性反应，其降解产物如氨基酸、核苷酸等可供物质能量循环，使细胞能够适应缺氧或饥饿等环境。如氨基酸缺乏在肝脏和培养细胞中可以诱导自噬。自噬对大分子物质的降解能够产生调节新陈代谢和生物合成的氨基酸及其它因子, 为细胞提供能量, 维持细胞的生命活动。氨基酸是自噬的重要调节因子,氨基酸缺乏在肝脏中迅速诱导自噬, 最初可观察到自噬体, 经历7-8分钟后降解液泡出现。从自噬体的形成到转化成残余体，这一完整自噬过程约需20分钟, 营养缺乏的肝细胞中自噬途径对胞质蛋白这种非选择性的降解率为3-4%/小时。(2)自噬能够调节长寿命蛋白、过氧化物酶体、线粒体、内质网的更新, 故自噬被认为是一种参与细胞质稳态的看家机制, 在许多病理生理和应激刺激状况下可观察到自噬体对这些细胞器选择性的分隔。(3)自噬参与特定的组织特异性功能。自噬与肺泡表面活性剂Ⅱ生物合成有关。黑质多巴胺能神经元神经黑色素的生物合成应归于胞质多巴胺-苯醌被分隔入自噬液泡。在红细胞成熟过程中, 细胞核排出后需要自噬清除核糖体、线粒体等细胞器。(4)自噬既可以作为防御机制清除胞内受损细胞器及代谢产物，进行亚细胞水平的重构，从而保护受损细胞；同时也可以作为一种细胞死亡程序诱导细胞主动死亡[3]。

    2 自噬的形态学改变

自噬体形成之初,胞浆与核质变暗,但胞核结构无明显变化,可见线粒体和内质网膨胀,高尔基体增大,胞膜特化结构如微绒毛、连接复合物等消失,胞膜发泡并出现内陷。自噬后期,自噬体的体积和数量都有所增加,其内常充满髓磷脂或液体,出现灰白色成分,少数可见核固缩,这些特征可作为形态学检查的依据。

    3 自噬的分子机制

    3.1 自噬体形成需要两个泛素样蛋白结合系统

    自噬体形成是自噬的关键步骤, 自噬体形成需要两个泛素样蛋白结合系统: 一个是调节自噬蛋白Atg12-Atg5结合系统,另一个是Atg8脂化系统。第一个泛素样蛋白结合系统包括四个Atg蛋白:Atg5、Atg7、Atg10和Atg12。Atg5和Atg12在Atg 7/Atg10催化下共价结合形成复合体，然后与卷曲的Atg16蛋白结合成终末复合物。在这个系统中Atg7和Atg10在催化过程中分别相当于泛素样激酶E1和E2。

    第二个泛素样蛋白结合系统包括Atg3、Atg4、Atg7和Atg8,终产物是Atg8与磷脂酰乙醇胺的复合物,这个系统依赖于Atg7 和Atg3的活性。Atg4是一个半胱氨酸蛋白酶, 是处理和提呈Atg8给磷脂锚定位所必需的。Atg8被Atg4剪切后在Atg7和Atg3作用下与磷脂酰肌醇结合。在催化过程中Atg7和Atg3分别起E1和E2酶所起的作用。

    Atg12-Atg5结合系统和Atg8脂化系统并不是相互独立的,而是相互联系的。自噬体膜的延伸有赖于两者的协同作用, 但前者在自噬体形成后即从表面脱离至胞浆,而后者一直存在于自噬体形成各阶段[4]。

    3.2自噬体的形成也依赖于磷脂酰肌醇三磷酸(PI3)激酶作用
 

    PI3 激酶可使磷脂酰肌醇3位磷酸化生成磷脂酰肌醇- 3-磷酸(PI3P),在细胞增殖、胞内信号传导等方面起重要作用。Hirosako K等将PI3激酶抑制剂如Wortmamnin、3-MA导入细胞中发现自噬体就不能形成,细胞自噬被抑制,从而得出PI3激酶活性与自噬体初期形成密切相关[5]。此外蛋白质的FYVE或PX基序能与PI3P相连接,这些基序是形成自噬泡所必需的。这样由PI3激酶生成的脂类衍生物可以通过一些含有这些基序的蛋白质再生介导自噬[6]。
近些年在人及其他高等动物中克隆出部分atg的同源基因。如Atg8在人类存在3种同源体: GABARAP(γ-氨基丁酸受体相关蛋白)、GATE-16(高尔基体相关ATP酶增强子)和LC3 (微管相关蛋白3)。LC3被hAtg4的同源体hATG4B 加工形成LC3-I, LC3-I的PE修饰形式LC32Ⅱ位于自噬体的内膜和外膜,其与荧光蛋白形成融合蛋白后,很容易在细胞内定位,所以LC3通常被用作哺乳动物细胞中自噬体膜的标记蛋白[7]。 

    4 细胞自噬与细胞凋亡的关系

    目前研究表明在哺乳动物细胞中自噬和凋亡在一些情况下可能相互联系, 并可能有着共同的调节机制。自噬可能是细胞凋亡的一种前提——自噬发生于细胞凋亡之前并进一步上调后者的活性。在一定情况下, 特异性地抑制自噬可延迟细胞凋亡,然而,特异性地抑制细胞凋亡却不能影响自噬[8]。在一些细胞内,促进自噬可能抑制凋亡,同样抑制自噬可能增加细胞对凋亡信号的敏感性。在硫化舒林酸对宫颈癌HT-29细胞介导的凋亡试验中发现,一部分去极化的线粒体进入自噬途径,并抑制凋亡因子的释放,从而抑制了凋亡;而用自噬抑制因子治疗HT-29癌细胞可以加速细胞凋亡[9]。崔侨等[10]的研究发现,冬凌草甲素诱导HeLa细胞发生的自噬与凋亡也是相互拮抗的。最新研究表明，自噬抑制剂3-MA，可以增强5-FU对结肠癌细胞凋亡的诱导，提高imatinib治疗胶质瘤的效果[11，12]。细胞自噬和细胞凋亡在一些环境下可能相互转化。研究发现三氧化二砷可介导神经胶质瘤细胞自噬, 通过H+-ATP酶抑制剂抑制神经胶质瘤细胞自噬可以介导细胞凋亡[13]。在HeLa和CHO细胞中发现,用广谱Caspase抑制剂抑制细胞凋亡,可介导细胞自噬[14]。

    5 细胞自噬与自噬性细胞死亡

在接近死亡的细胞中出现自噬泡可能是细胞适应恶劣环境一种生存机制。在营养缺乏情况下细胞通过自噬降解一些不必要的细胞器为生存提供氨基酸和其它一些小分子物质。因此,自噬性细胞死亡是细胞在周围恶劣环境下自噬被过度激活不能再维持细胞生存而导致的细胞死亡。[page]

    6 细胞自噬与肿瘤

    6.1 自噬与细胞周期　

    细胞周期受抑时往往观察到自噬的发生。如TMZ(temozolomide)使恶性神经胶质瘤细胞周期阻滞于G2/M期，并可见LC3定位于自噬体膜。3-MA可干扰LC3定位,并抑制TMZ抑瘤作用,而bafilomycin A1不影响LC3 定位,并可增强TMZ对肿瘤细胞的凋亡诱导[15] ,说明凋亡的启动与自噬有关。而周期调控蛋白p27对多种恶性神经胶质瘤细胞系表现较高的抑制能力,诱导自噬性死亡,但无凋亡发生[16]。

    6.2 自噬与癌基因和抑癌基因　

    6.2.1 c-myc　

    c-myc作为一个经典的癌基因, 其生物学功能极其复杂，研究发现高表达野生型c-myc和缺失促凋亡与癌性转化活性的c-myc突变体均可引起鼠成纤维细胞自噬活性增加[17]。这说明c-myc自噬诱导结构域不同于其凋亡和转化诱导结构域。除了促生长和促凋亡的活性外, c-myc还能够启动自噬作为一种保护机制限制肿瘤生长。

    6.2.2 Beclin 1　

    Beclin 1是酵母自噬相关基因 Atg6的哺乳细胞同源基因, 对于自噬体的形成至关重要。已被确定为一个新的候选抑癌基因,  转染Beclin1的MCF-7细胞自噬增强,细胞生长、克隆形成及乳腺肿瘤形成受抑。Beclin1等位基因敲除的小鼠自发性肿瘤机率会增加[18]。Beclin1对自噬的作用是其对细胞生长控制及抑瘤的机制。

    6.2.3 Bcl-2家族

    Bcl-2家族包括多种不同功能的癌基因,Bcl-2和Bcl-xL在很多肿瘤中表达较高,其下调促进自噬发生。转染Bcl-2反义mRNA全长的HL-60细胞生长完全受抑,大量细胞死亡。电镜下可见细胞死亡是由自噬介导的,与凋亡无关,此时线粒体形态功能良好, caspases抑制剂不能阻断Bcl-2mRNA下调诱导的自噬。转膜蛋白Hspin1,包含类似BH3的结构域，可与Bcl-2和Bcl-xL 结合,其诱导细胞死亡时,自噬囊泡增多[19],说明癌基因的表达调控可能与自噬存在一定联系。
6.3 自噬与血管生成　
 
    内皮抑素Endostatin具有强大的抑血管生成能力,可抑制血管新生和肿瘤生长。Endostatin作用于人内皮细胞6～24 h,电镜下可见大量自噬囊泡形成。Endostatin引起的细胞死亡与氧压升高和caspases活化无关,而可被3-MA和Ser、Cys溶酶体蛋白酶抑制剂显著抑制[20] 。可见, Endostatin诱导自噬是其早期事件, 3-MA和Ser、Cys溶酶体蛋白酶抑制剂可调控这一过程。

    7 自噬与抗肿瘤治疗

    肿瘤细胞的特点之一是逃逸凋亡, 近年来的研究提示肿瘤细胞能够以涉及自噬的非凋亡途径发生死亡。然而将自噬作为主要抑瘤途径的抗肿瘤药物应用得并不多,但很多药物的抑瘤作用都或多或少与自噬存在一定联系。药物直接或间接启动自噬引起PCDⅡ,或是通过自噬分离和溶酶体酶活化释放一些凋亡因子,诱导凋亡甚至坏死。另一方面,自噬作为细胞对外界因素和内部环境的有效反应,可加快大分子物质循环和隔离有害物质释放,保护细胞免于死亡,会使一些抗癌药物作用减弱。研究表明，长春碱、三氧化二砷、雷帕霉素及维生素D 衍生物能诱导肿瘤细胞自噬性死亡。而LAK(淋巴因子激活的杀伤细胞)作用于胶质母细胞瘤细胞株T98G和U373MG,早期(4小时内)逃逸杀伤的细胞在24～96小时后出现自噬性细胞死亡[21]。

    虽然自噬对促进肿瘤和抑制肿瘤均有作用, 自噬过程涉及的胞浆物质的分离，以及分离物质的降解对各种肿瘤细胞产生了多方面的影响，最终导致肿瘤细胞逃逸恶劣环境，大量增殖或是启动自噬性死亡等其它死亡途径以抑制肿瘤细胞；但多数肿瘤细胞自噬能力降低, 且调控自噬的肿瘤抑制基因Beclin1等的表达缺失是人类肿瘤中的高发事件, 自噬与癌前病变、癌细胞增殖及其抑制存在密切关系。故自噬的缺陷可能是导致肿瘤发生、发展的重要机制, 诱导肿瘤细胞自噬性死亡是治疗肿瘤的潜在途径。

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    王文婷 综述 张献清 胡兴斌 审校（第四军医大学西京医院输血科，陕西西安 710032）