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Autophagy（自噬）
自噬的過(guò)程——從一張圖片開(kāi)始：
步驟1：細(xì)胞接受自噬誘導(dǎo)信號(hào)后,，在胞漿的某處形成一個(gè)小的類(lèi)似“脂質(zhì)體”樣的膜結(jié)構(gòu),，然后不斷擴(kuò)張,，但它并不呈球形,，而是扁平的,，就像一個(gè)由2層脂雙層組成的碗,，可在電鏡下觀察到,，被稱(chēng)為Phagophore，是自噬發(fā)生的鐵證之一,。
步驟2：Phagophore不斷延伸,，將胞漿中的任何成分，包括細(xì)胞器,，全部攬入“碗”中,，然后“收口”，成為密閉的球狀的autophagosome,，我把它翻譯為“自噬體”,。電鏡下觀察到自噬體是自噬發(fā)生的鐵證之二。有2個(gè)特征：一是雙層膜,，二是內(nèi)含胞漿成分,，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)碎片等,。
步驟3：自噬體形成后,，可與細(xì)胞內(nèi)吞的吞噬泡、吞飲泡和內(nèi)體融合（加了個(gè)“可”字,，意思是這種情況不是必然要發(fā)生的）,。
步驟4：自噬體與溶酶體融合形成autolysosome，期間自噬體的內(nèi)膜被溶酶體酶降解,，2者的內(nèi)容物合為一體,，自噬體中的“貨物”也被降解，產(chǎn)物（氨基酸,、脂肪酸等）被輸送到胞漿中,，供細(xì)胞重新利用，而殘?jiān)虮慌懦黾?xì)胞外或滯留在胞漿中,。
透射電鏡下自噬的照片：
自噬的特性：
（1）自噬是細(xì)胞消化掉自身的一部分,，即self-eating，初一看似乎對(duì)細(xì)胞不利,。事實(shí)上,，細(xì)胞正常情況下很少發(fā)生自噬，除非有誘發(fā)因素的存在,。這些誘發(fā)因素很多,，也是研究的熱門(mén),。既有來(lái)自于細(xì)胞外的（如外界中的營(yíng)養(yǎng)成分,、缺血缺氧,、生長(zhǎng)因子的濃度等），也有細(xì)胞內(nèi)的（代謝壓力,、衰老或破損的細(xì)胞器,、折疊錯(cuò)誤或聚集的蛋白質(zhì)等）。由于這些因素的經(jīng)常性存在,，因此,，細(xì)胞保持了一種很低的、基礎(chǔ)的自噬活性以維持自穩(wěn),。
（2）自噬過(guò)程很快,，被誘導(dǎo)后8min即可觀察到自噬體（autophagosome）形成，2h后自噬溶酶體（autolysosome）基本降解消失,。這有利于細(xì)胞快速適應(yīng)惡劣環(huán)境,。
（3）自噬的可誘導(dǎo)特性：表現(xiàn)在2個(gè)方面，*是自噬相關(guān)蛋白的快速合成,，這是準(zhǔn)備階段,。第二是自噬體的快速大量形成，這是執(zhí)行階段,。
（4）批量降解：這是與蛋白酶體降解途徑的顯著區(qū)別
（5）“捕獲”胞漿成分的非特異性：由于自噬的速度要快,、量要大，因此特異性不是首先考慮的,，這與自噬的應(yīng)急特性是相適應(yīng)的,。
（6）自噬的保守性：由于自噬有利于細(xì)胞的存活，因此無(wú)論是物種間,、還是各細(xì)胞類(lèi)型之間（包括腫瘤細(xì)胞）,，自噬都普遍被保留下來(lái)（誰(shuí)不喜歡留一手呢？）,。
自噬相關(guān)基因（autophagy associated gene, ATG）：在自噬過(guò)程中到底有哪些蛋白的參與,，即自噬相關(guān)蛋白的鑒定是目前自噬研究主要的任務(wù)。由于自噬研究的歷史關(guān)系,，很多基因在酵母和哺乳動(dòng)物中有不同的命名,。
自噬過(guò)程的調(diào)控：
從上面總結(jié)的自噬特點(diǎn)中可以看出，自噬這一過(guò)程一旦啟動(dòng),，必須在度過(guò)危機(jī)后適時(shí)停止,，否則，其非特異性捕獲胞漿成分的特性將導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生不可逆的損傷,。這也提醒我們?cè)谘芯孔允蓵r(shí)一定要?jiǎng)討B(tài)觀察,，任何橫斷面的研究結(jié)果都不足以評(píng)價(jià)自噬的活性。
目前，已經(jīng)報(bào)告了很多因素能誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生自噬,，如饑餓,、生長(zhǎng)因子缺乏、微生物感染,、細(xì)胞器損傷,、蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤或聚集、DNA損傷,、放療,、化療等等，這么多刺激信號(hào)如何傳遞的,、哪些自噬蛋白接受信號(hào),、又有哪些自噬蛋白去執(zhí)行等很多問(wèn)題都還在等待進(jìn)一步解答中。
關(guān)于傳遞自噬信號(hào)的通路目前比較肯定的有：
抑制類(lèi)
（1）Class I PI3K pathway （PI——phosphatidylinositol,，磷脂酰肌醇）與IRS (Insulin receptor substrate) 結(jié)合,，接受胰島素受體傳來(lái)的信號(hào)（血糖水平高抑制自噬）。
（2）mTOR在人類(lèi)中的同源基因是FRAP1（FK506 binding protein 12-rapamycin associated protein 1）,，是一個(gè)絲/蘇氨酸蛋白激酶,。能接受多種上游信號(hào)，如Class I PI3K,、IGF-1/2,、MAPK，能感受營(yíng)養(yǎng)和能量的變化,。
激活類(lèi)
（1）Class III PI3K
結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于Class I PI3K,，但作用相反。
接受上述信號(hào)的自噬蛋白：
目前都把焦點(diǎn)集中在beclin 1（酵母同源物為atg6）,，能與多種蛋白結(jié)合,，如Vps34（Class III PI3K的催化亞單位），mTOR,，BCL-2和BCLXL蛋白等,，需注意的是，beclin-1是一個(gè)多功能蛋白,，除了接受自噬信號(hào),，它還可以接受很多其它的信號(hào)對(duì)自噬進(jìn)行調(diào)節(jié)，越來(lái)越多的證據(jù)表明,，beclin-1可能是自噬的“守門(mén)人”,。
自噬體的發(fā)生：
目前認(rèn)為，自噬體的膜不是直接來(lái)源于高爾基體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng),，而是在胞漿中重新生成的,，但具體的機(jī)制尚不清楚,。當(dāng)beclin-1被活化后，胞漿中先形成很多個(gè)membrane source（自噬體膜發(fā)生中心）,，在它們不斷擴(kuò)展的過(guò)程中（phagophore到autolysosome）,，VMP1蛋白由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體轉(zhuǎn)位到自噬體膜上（VMP1又叫TMEM49，已知*與自噬有關(guān)的跨膜蛋白）,，同時(shí),，MAP1-LC3由胞漿型（即LC3-I）轉(zhuǎn)位到自噬體膜（即LC3-II）,，LC3這一轉(zhuǎn)變過(guò)程可被Western Blot和熒光顯微鏡檢測(cè)到,，現(xiàn)已成為監(jiān)測(cè)自噬體形成的推薦方法。
自噬與細(xì)胞死亡的關(guān)系：
有必要說(shuō)明一下的是,，細(xì)胞死亡是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程,，為了研究方便，需進(jìn)行分類(lèi),，但我們思考時(shí)不要局限于這些人為的分類(lèi),，而應(yīng)注重于現(xiàn)象本身來(lái)研究其背后的機(jī)制。
一直以來(lái)人們從不同角度,、用不同方法來(lái)觀察細(xì)胞的死亡,，并把細(xì)胞的死亡方式分為2類(lèi)：壞死和凋亡，因?yàn)閮烧哂兄黠@的區(qū)別,，其中zui主要的區(qū)別之一就是細(xì)胞膜的通透性——壞死細(xì)胞的細(xì)胞膜喪失了完整性,，內(nèi)容物被釋放出來(lái)，染料可自由進(jìn)入細(xì)胞,，而凋亡細(xì)胞保持完整,，無(wú)內(nèi)容物釋放，染料也被排斥,。很多實(shí)驗(yàn)亦根據(jù)這一原理來(lái)設(shè)計(jì)以區(qū)分壞死和凋亡,，這將在后面一一介紹，如同剛剛說(shuō)明的那樣,，這些實(shí)驗(yàn)只能說(shuō)明細(xì)胞膜的通透性（必要條件,，不是充分必要條件），而不能用來(lái)證實(shí)壞死細(xì)胞或凋亡細(xì)胞,。
一般認(rèn)為壞死是被動(dòng)的,，不可控的，而凋亡是主動(dòng)的,，可控的,。為了強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)，凋亡被定義為程序性細(xì)胞死亡（program cell death,，PCD）,。但無(wú)論是壞死還是凋亡,，都是一個(gè)過(guò)程，是需要時(shí)間的（尤其是凋亡,，從啟動(dòng)到完成,，細(xì)胞要執(zhí)行很多反應(yīng)），而且細(xì)胞死亡后都有“尸體”,。
在研究自噬與凋亡的關(guān)系時(shí),，人們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞死亡前胞漿中存在大量的自噬體或自噬溶酶體，但這樣的細(xì)胞缺乏凋亡的典型特點(diǎn),，如核固縮（pyknosis）, 核破裂（karyorhexis）,、細(xì)胞皺縮（shrinkage）、沒(méi)有凋亡小體的形成等,，被稱(chēng)為自噬樣細(xì)胞死亡（autophagic cell death,，ACD），它是一種新的細(xì)胞程序性死亡,，為了與凋亡區(qū)別,，被命名為T(mén)ype II cell death，相應(yīng)的,，凋亡為T(mén)ype I cell death,，壞死為T(mén)ype III cell death。
盡管這樣,，但對(duì)于自噬是否是細(xì)胞死亡的直接原因目前還存在很大的爭(zhēng)議,。到底是Cell death by autophagy（自噬引起死亡）還是Cell death with autophagy（死亡時(shí)有自噬發(fā)生，但不是直接原因）,？對(duì)此,，自噬研究領(lǐng)域“大牛”級(jí)專(zhuān)家Levine Beth在一篇nature的Review中表達(dá)了自己的觀點(diǎn)。由于在形態(tài)學(xué)上2者無(wú)明顯區(qū)別,，但通過(guò)阻斷自噬,，觀察細(xì)胞的結(jié)局可區(qū)分開(kāi)來(lái)：Cell death by autophagy細(xì)胞存活，而Cell death with autophagy細(xì)胞死亡,。
自噬與腫瘤的關(guān)系：
與凋亡（在腫瘤細(xì)胞中一般都存在缺限）不同,，自噬是被優(yōu)先保留的。無(wú)論是腫瘤細(xì)胞還是正常細(xì)胞,，保持一種基礎(chǔ),、低水平的自噬活性是至關(guān)重要的。因?yàn)榧?xì)胞中隨時(shí)產(chǎn)生的“垃圾”（破損或衰老的細(xì)胞器,、長(zhǎng)壽命蛋白質(zhì),、錯(cuò)誤合成或折疊錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)等等）都需要及時(shí)清除，而這主要靠自噬來(lái)完成,，因此,，自噬具有維持細(xì)胞自穩(wěn)的功能,；如果將自噬相關(guān)基因突變失活，如神經(jīng)元會(huì)發(fā)生大量聚集蛋白,，并出現(xiàn)神經(jīng)元退化,。同時(shí)，自噬的產(chǎn)物,，如氨基酸,、脂肪酸等小分子物質(zhì)又可為細(xì)胞提供一定的能量和合成底物，可以說(shuō),，自噬就是一個(gè)“備用倉(cāng)庫(kù)”,。如Atg-5缺陷的小鼠在出生后喝上*口奶之前就會(huì)餓死。更重要的是,，自噬活性可在代謝應(yīng)激（饑餓,、生長(zhǎng)因子缺乏、射線,、化療等）時(shí)大大增強(qiáng)，表現(xiàn)為胞漿中迅速涌現(xiàn)大量自噬體,，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為“自噬潮”（autophagic flux）,，廣泛用于自噬形成的監(jiān)測(cè)。自噬潮為細(xì)胞度過(guò)危機(jī)提供了緊急的營(yíng)養(yǎng)和能量支持,，有利于細(xì)胞的存活,。
鑒于自噬的上述作用，自噬可為腫瘤細(xì)胞帶來(lái)幾大好處：
（1）腫瘤細(xì)胞本身就具有高代謝的特點(diǎn),，對(duì)營(yíng)養(yǎng)和能量的需求比正常細(xì)胞更高,，但腫瘤微環(huán)境往往不能如意，如腫瘤發(fā)生初始期到血管發(fā)生之前,、腫瘤長(zhǎng)大發(fā)生血管崩塌時(shí),、腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)灶游走時(shí)等都會(huì)出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不足或供應(yīng)中斷，而此時(shí)提高自噬活性可以有助于度過(guò)這一危機(jī),。
（2）當(dāng)化療,、放療后，腫瘤細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量的破損細(xì)胞器,、損壞的蛋白質(zhì)等有害成分,，而此時(shí)提高自噬活性可及時(shí)清除這些有害物質(zhì)，并提供應(yīng)急的底物和能量為修復(fù)受損DNA贏得時(shí)間和條件,。
由于自噬減少了腫瘤細(xì)胞在代謝應(yīng)激時(shí)發(fā)生壞死的機(jī)會(huì),，而對(duì)于腫瘤細(xì)胞群體而言，需要一部分細(xì)胞發(fā)生壞死,，以引發(fā)適度的炎癥（有利于血管的長(zhǎng)入,、吸引免疫細(xì)胞分泌生長(zhǎng)因子等）,。研究發(fā)現(xiàn)，很多類(lèi)型的腫瘤在代謝應(yīng)激時(shí)會(huì)“組成性”活化PI3K信號(hào)以抑制自噬（由于凋亡通路已受阻,，抑制自噬會(huì)促進(jìn)壞死）,，但具體機(jī)制尚不清楚。
自噬的研究方法：
正常培養(yǎng)的細(xì)胞自噬活性很低,，不適于觀察,，因此，必須對(duì)自噬進(jìn)行人工干預(yù)和調(diào)節(jié),，經(jīng)報(bào)道的工具藥有：
（一）自噬誘導(dǎo)劑
1. Bredeldin A / Thapsigargin / Tunicamycin ：模擬內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激
2. Carbamazepine/ L-690,，330/ Lithium Chloride（氯化鋰）：IMPase 抑制劑（即Inositol monophosphatase，肌醇單磷酸酶）
3. Earle's平衡鹽溶液：制造饑餓
4. N-Acetyl-D-sphingosine（C2-ceramide）：Class I PI3K Pathway抑制劑
5. Rapamycin：mTOR抑制劑
6. Xestospongin B/C：IP3R阻滯劑
（二）自噬抑制劑
1. 3-Methyladenine（3-MA）：（Class III PI3K） hVps34 抑制劑
2. Bafilomycin A1：質(zhì)子泵抑制劑
3. Hydroxychloroquine（羥氯喹）：Lysosomal lumen alkalizer（溶酶體腔堿化劑）
除了選用上述工具藥外,，一般還需結(jié)合遺傳學(xué)技術(shù)對(duì)自噬相關(guān)基因進(jìn)行干預(yù)：包括反義RNA干擾技術(shù)（Knockdown）,、突變株篩選、外源基因?qū)氲取?/span>