自噬降解细胞内长寿命蛋白以及细胞器的循环利用,以保证在饥饿状态下的存活。自噬时,细胞发生大范围的内膜重塑,将部分胞质包裹进大的双层膜的囊泡中。研究表明,哺乳动物的溶酶体能够降解包括蛋白复合体和细胞器在内的各种复杂底物。大量降解胞质内的蛋白质或细胞器则需要通过大自噬(即通常所指的自噬)进行介导,这就涉及到双层膜结构(自噬囊泡)的形成,也就是自噬体,这些自噬体靠近并与溶酶体相互融合形成自噬溶酶体,其中的内容物在酸性溶酶体水解酶的作用下降解。自噬体的产生源于不明起源的小的膜结构。饥饿、血清剥夺等生理应激均能诱导自噬的发生。调节自噬的一组基因称为ATG基因,是从酵母到人类均保守的一段序列。在对酵母和最近对更高级别的真核生物的基因分析表明,自噬在营养缺乏情况下有重要的保护细胞生存的作用。多种蛋白激酶对自噬具有调节作用,其中最具特色的是雷怕霉素的哺乳动物作用靶位(mTOR),它对以上通路具有反向调节作用。
健康和即将死亡的细胞内均可见自噬囊泡的存在。在神经变性疾病中,有时在将要死亡的细胞内可以见到囊泡的数目显著增多,从而形成目前颇为盛行的概念,即自噬能够导致神经变性。自噬性细胞死亡则被认为是一种替代的半胱天冬酶依赖的非凋亡性程序性细胞死亡,在半胱天冬酶抑制剂存在的情况下,自噬能够发生或被诱导。这个特征可能相当简单,有几个报道提示这些进程是同时发生的。可能是在某些细胞死亡的过程中存在着信号的诱导,从而导致自噬体形成的数量增加,细胞死亡的完成是否需要增加自噬-溶酶体介导的蛋白清除,或者自噬增多是伴随细胞死亡的附带现象,目前尚不清楚。在程序性细胞死亡中自噬到底涉及多少内容,还存在争议。研究者已在发育、感染和神经变性过程中对正死亡的细胞进行了长期的自噬观察。但仍不清楚在这些情况下自噬是保护作用还是导致细胞死亡。最近已有研究发现,在某些情况下,自噬抑制剂或降低ATG基因的表达均可保护细胞死亡,这暗示自噬可直接导致和参与细胞死亡。然而其机制还不清楚。
自噬水平增高在PD
和AD等神经系统变性疾病中均有报道。在细胞模型中,表达有易聚集倾向的突变型A53
T [alpha]-synuclein
在自噬性囊泡结构中显著积聚。我们通过构建表达突变型A53
T 和A30P
[alpha]-synuclein的PC12细胞系,分别给于自噬诱导剂-
雷帕梅素和抑制剂-渥曼青霉素,采用特异性的自噬体标记物-LC3进行定量检测,证实了在帕金森病细胞模型自噬水平的增高,促进自噬有助于细胞的存活(中华神经科杂志2008年第一期)。
对帕金森病而言,易受损细胞中聚积体的最主要成分为[alpha]-synuclein
蛋白。从病因方面分析,[alpha]-Synuclein蛋白通过增加寡聚体的水平,以点突变的形式参与了散发性帕金森病。另外一方面,它还可以通过基因重组,增加拷贝数量和基因表达的方式导致常染色体显性遗传性帕金森病。我们观察了不同形式的[alpha]-synuclein通过自噬的形式得以清除,其中以A53
T 最易受到自噬途径的影响,
这一点与A53
T较其他形式的[alpha]-Synuclein
更易于积聚相一致。其原因可能是易于聚集的蛋白由于不易被蛋白酶体有效降解,更大程度上需要依赖自噬-溶酶体进行清除。雷怕霉素可以提高各种形式[alpha]-synuclein的清除,这一点可以从电镜资料得到证实,形态学方上典型的自噬囊泡中可以看到
[alpha]-synuclein颗粒。
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