对溶酶体的认识已有60多年的历史,作为一种降解或再利用细胞内外成分的细胞器,它参与细胞膜上细胞表面分子与受体的调节以及在抵御细胞外侵害方面的作用已被广泛描述。溶酶体降解外源性的物质被称为异体吞噬(即吞噬细胞外的成分),相反,自噬(即吞噬细胞自身的成分)指的是在溶酶体降解细胞内成分。
在过去的十年中,应用实验模型,如基因操纵相对简单的果蝇、蠕虫(worms)和苍蝇,可以确定自噬的分子特点,并有助于理解它的生理学功能。细胞内成分被转运到溶酶体通路的不同是构成哺乳动物细胞内三种自噬差别的基础:大自噬、小自噬和分子伴侣介导的自噬(CMA)。不同的自噬有着共同的终点—溶酶体,但靶底物、调节机制以及每一种被优先激活的条件不同。
1.大自噬
自噬方面的许多最新进展都关注这条通路,涉及到底物的批量降解。这些底物首先被限制性的膜隔离、膜封闭而形成双层膜的隔室,即所谓的自噬体。因囊泡缺乏酶,所以在自噬体与溶酶体融合后,所捕获的内容物才能被降解,而溶酶体可以提供降解底物所需的所有水解酶。一系列分子,即所谓的自噬相关蛋白,参与此过程的每一步,这个过程涉及到一系列的结合事件(蛋白与蛋白以及蛋白与脂)以及一些细胞内主要激酶家族的成员。
在应激条件下,大自噬的优先激活有两个主要目的:①在营养匮乏的情况下作为产生必需的大分子和能量的来源;②作为清除细胞内变构成分的机制。
最近的研究支持在许多组织中存在持续的大自噬活性,这对维持神经元内稳态具有重要作用。自噬相关蛋白的确定已能够运用基因操纵技术来阻滞大自噬,并进而明确这条通路的生理作用以及大自噬功能障碍对各种人类疾病的影响。已经证明大自噬的改变与肿瘤的形成、病毒和细菌感染、严重的疾病、代谢疾病如糖尿病、以及神经变性疾病有关。
2. 小自噬
尽管在肝中优先描述了小自噬,但这条通路的分子特点是在酵母中被发现的。在这种自噬中,底物通过内陷或成管作用进入溶酶体腔而被直接隔离,并在腔内被完全降解。在正常细胞状态下,小自噬参与细胞内容物持续的“基本”转换。另外,已有研究表明:小自噬负责无用细胞器的选择性降解,例如药物治疗后所诱导的过氧物酶体的增生,此种细胞器的正常数量是通过小自噬的降解来维持的。由于缺乏控制这一类型自噬的有效方法,从而阻碍了对小自噬与特定人类疾病之间联系的认识。
3.
分子伴侣介导的自噬(CMA)
CMA的典型特点是具有选择性。在CMA中,胞液中的分子伴侣选择性地识别存在溶酶体靶向基序的蛋白,并把它转运到溶酶体的表面。一旦到达溶酶体膜,底物蛋白就会与膜上的受体蛋白相互作用,并借助细胞内的分子伴侣,底物蛋白穿过溶酶体膜并在其腔内降解。在大自噬存在的情况下,基础水平的CMA活性会在许多组织中出现,但最大的活性是出现于应激的情况下。同早期所描述的一样,对营养缺乏的最先反应是作为氨基酸来源的大自噬的激活。然而,如果缺乏持续存在,就不能再维持这种随机的细胞内成分降解,然后CMA就成了新蛋白合成的氨基酸提供者。因为这条通路可以清除变构蛋白而不会影响毗邻的完好成分,所以它的选择性在蛋白损伤(氧化应激、暴露于毒性化合物等)的情况下也具有重要作用。在由化学制剂引起的不同类型的肾脏病、与糖尿病相关的肾性肥大、溶酶体贮积病以及家族性的PD中,已确定存在CMA功能的改变。
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