细胞自噬-B

细胞自噬(autophagy)2细胞的死亡形式：死亡是所有细胞的最终命运非程序性细胞死亡(坏死)程序性细胞死亡（PCD)包括：凋亡(apoptosis)、自噬(autophagy)、有丝分裂灾变(mitoticcatastrophe)、胀亡(oncosis)、衰老性细胞死亡(senescence)、副凋亡(paraptosis)、细胞焦亡(pyroptosis)、铁死亡(ferroptosis)、坏死性凋亡(necroptosis)3坏死(necrosis）是以酶溶性变化为特点的活体内局部组织细胞的死亡。刺激强烈，被动死亡！近期的研究表明，细胞坏死可能是细胞“程序性死亡”的另一种形式，具有包括引发炎症反应在内的重要生理功能。当细胞凋亡不能正常发生而细胞必须死亡时，坏死作为凋亡的“替补”方式被采用。4细胞凋亡（apoptosis)一般是指机体细胞在发育过程中或在某些因素作用下，通过细胞内基因及其产物的调控而发生的一种程序性细胞死亡(programmedcelldeath)。刺激较为强烈，主动死亡！一般表现为单个细胞的死亡，且不伴有炎症反应。细胞凋亡是一种主动过程，是为了更好的适应生存环境而主动的死亡现象。2019/10/146有丝分裂灾变(mitoticcatastrophe)又称有丝分裂细胞死亡(mitoticcelldeath)，是指DNA发生损伤导致细胞无法进行完全分裂从而导致四倍体或者多倍体的现象。7胀亡（oncosis）机体在一定的生理或病理条件下会发生肿胀样细胞死亡,命名为胀亡。胀亡早期表现为细胞肿胀、线粒体圆胀、内质网膨胀、浆膜形成突起即起泡。起泡是ATP耗竭的后果。与凋亡不同的是以细胞核溶解方式导致死亡。也称程序性细胞坏死。8胀亡的机制可能是膜离子通道失控导致钠离子大量涌入，细胞肿胀最终死亡。共同的信号通路可能与caspase通路有关。9衰老性细胞死亡(Senescencecellularaging)cellsenescence(细胞衰老)是机体在退化时期生理功能下降和紊乱的综合表现,是不可逆的生命过程。细胞的衰老与死亡是新陈代谢的自然现象。细胞衰老是客观存在的，同新陈代谢一样,细胞衰老是细胞生命活动的客观规律。10细胞焦亡（Pyroptosis）是近年来发现并证实的一种新的程序性细胞死亡方式,其特征为依赖于半胱天冬酶-1(caspase-1),并伴有大量促炎症因子的释放。细胞焦亡的形态学特征、发生及调控机制等均不同于凋亡、坏死等其他细胞死亡方式。研究表明,细胞焦亡广泛参与感染性疾病、神经系统相关疾病和动脉粥样硬化性疾病等的发生发展。11Ⅲ型程序性细胞死亡中的典型代表，描述这种形式程序性细胞死亡方式的称谓还有“非溶酶体形式的空泡性细胞死亡”(Non-lysosomalvesiculate)、“细胞质死亡”(Cytoplasmicdeath)、“3B型死亡”(Type3Bdeath)等等。其典型特征是由线粒体和内质网肿胀造成的胞浆空泡化。与坏死不同的是，副凋亡并不出现细胞膜的破坏。副凋亡（Paraptosis）12铁死亡（ferroptosis）最近发现的一种调节性坏死形式，Ferroptosis是近年来发现的一种由铁依赖的氧化损伤引起的细胞死亡模式。与凋亡、坏死、自噬不同。这一死亡过程的标志为细胞质和脂质活性氧增多、线粒体变小以及线粒体膜密度较大。13坏死也可以作为一种程序性死亡途径。具有坏死样表征的细胞死亡有助于维持胚胎发育和成年组织内环境稳态;坏死样细胞死亡可以通过配体结合到其特异性膜受体而被诱导产生;坏死可以被遗传、表观遗传以及药理学的因素调控;caspase的失活可使凋亡转变为具有凋亡样和坏死样混合特征的细胞死亡或者完全性坏死坏死性凋亡（Necroptosis）14自噬（autophagy）是继凋亡（apoptosis）后，当前生命科学最热的研究领域。15比利时科学家ChristiandeDuve在上世纪50年代通过电镜观察到自噬体（autophagosome）结构，并且在1963年溶酶体国际会议（CIBAFoundationSymposiumonLysosomes）上首先提出了“自噬”这种说法。因此ChristiandeDuve被公认为自噬研究的鼻祖。ChristiandeDuve也因发现溶酶体，于1974年获得诺贝尔奖。16自噬的定义自噬（autophagy）是细胞内的一种“自食（Self-eating）”的现象。是普遍存在于大部分真核细胞中的一种现象,是溶酶体对自身结构的吞噬降解,它是细胞内的再循环系统(recyclingsystem)。17自噬是指膜（大部分表现为双层膜，有时多层或单层）包裹部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等形成自噬体（autophagosome），并与内涵体（endosome）形成所谓的自噬内涵体（amphisomes），最后与溶酶体融合形成自噬溶酶体（autophagolysosome），降解其所包裹的内容物，以实现细胞稳态和细胞器的更新。18目前普遍认为自噬是一种防御和应激调控机制。细胞可以通过自噬和溶酶体，消除、降解和消化受损、变性、衰老和失去功能的细胞、细胞器和变性蛋白质与核酸等生物大分子。为细胞的重建、再生和修复提供必须原料，实现细胞的再循环和再利用。它既是体内的“垃圾处理厂”，也是“废品回收站”；它既可以抵御病原体的入侵，又可保卫细胞免受细胞内毒物的损伤。因此一般说来，凋亡是程序化细胞死亡，自噬是程序化细胞存活。19自噬过程第一步：细胞接受自噬诱导信号后，在胞浆的某处形成一个小的类似“脂质体”样的膜结构，然后不断扩张，但它并不呈球形，而是扁平的，就像一个由2层脂质双层组成的碗，可在电镜下观察到，被称为Phagophore（自噬泡），是自噬发生的铁证之一。20第二步Phagophore不断延伸，将胞浆中的任何成分，包括细胞器，全部揽入“碗”中，然后“收口”，成为密闭的球状的autophagosome（自噬体）。电镜下观察到自噬体是自噬发生的铁证之二。2个特征：一是双层膜，二是内含胞浆成分，如线粒体、内质网碎片等。21第三步autophagosome形成后，可与细胞内吞的吞噬泡、吞饮泡和内涵体（endosome）形成所谓的自噬内涵体（amphisomes），最后与溶酶体融合形成自噬溶酶体（autophagolysosome）。期间自噬体的内膜被溶酶体酶降解，2者的内容物合为一体，自噬体中的“货物”也被降解，产物（氨基酸、脂肪酸等）被输送到胞浆中，供细胞重新利用，而残渣或被排出细胞外或滞留在胞浆中。222324自噬分类大自噬（macroautophagy）：细胞浆中可溶性蛋白和变性坏死的细胞器被非溶酶体来源的双层膜结构所包裹，即自噬泡(phagophore)，并由自噬泡将其携带到溶酶体中降解加工；小自噬(microautophagy)：溶酶体的膜直接包裹长寿命蛋白等，并在溶酶体内降解；分子伴侣介导的自噬（chaperone-mediatedautophagy,CMA）：胞质内蛋白结合到分子伴侣后被转运到溶酶体腔中，然后被溶酶体酶消化。CMA的底物是可溶的蛋白质分子，在清除蛋白质时有选择性，而前两者无明显的选择性。2526自噬的发生细胞正常情况下很少发生自噬，除非有诱发因素的存在。这些诱发因素很多，也是研究的热门。既有来自于细胞外的（如外界中的营养成分、缺血缺氧、生长因子的浓度等），也有细胞内的（代谢压力、衰老或破损的细胞器、折叠错误或聚集的蛋白质等）。由于这些因素的经常性存在，因此，细胞保持了一种很低的、基础的自噬活性以维持自稳。自噬体的发生当beclin-1被活化后，胞浆中先形成很多个membranesource（自噬体膜发生中心），在它们不断扩展的过程中（phagophore到autolysosome），VMP1蛋白由内质网和高尔基体转位到自噬体膜上（又叫TMEM49，已知唯一与自噬有关的跨膜蛋白），同时，MAP1-LC3由胞浆型（即LC3-I）转位到自噬体膜（即LC3-II），LC3这一转变过程可被WesternBlot和荧光显微镜检测到，现已成为监测自噬体形成的推荐方法。2019/10/1428自噬过程很快，被诱导后8min即可观察到自噬体（autophagosome）形成，2h后自噬溶酶体（autolysosome）基本降解消失。这有利于细胞快速适应恶劣环境。批量降解：这是与泛素化蛋白酶体系统（UPS)降解途径的显著区别29自噬的调控抑制类1）ClassIPI3Kpathway（PI——phosphatidylinositol，磷脂酰肌醇）与IRS(Insulinreceptorsubstrate)结合，接受胰岛素受体传来的信号（血糖水平高抑制自噬）2）mTORpathway（mammaliantargetofrapamycin）mTOR是一个丝/苏氨酸蛋白激酶。能接受多种上游信号，如ClassIPI3K、IGF-1/2、MAPK，能感受营养和能量的变化。激活类1）ClassIIIPI3Kpathway结构上类似于ClassIPI3K，但作用相反。3031自噬基因（autophagy-relatedgene，ATG）的克隆始于酵母（yeast）。第一个酵母自噬基因（ATG）于1997年被日本科学家YoshinoriOhsumi小组克隆，命名为Atg1，文章发表在《Gene》上。第一个哺乳动物自噬基因于1998年被美国科学家BethLevine小组克隆，命名为Beclin1，发表在《JVirol》。3233BethLevine博士，首先克隆了第一个哺乳动物自噬基因Beclin1，有可能获诺贝尔奖；美国德克萨斯大学西南医学中心自噬研究部门负责人、内科学及微生物学系教授，1999年，她发现了第一个与乳腺癌抑制因子相关的哺乳动物自噬基因beclin1，这是科学家们首次发现与人类基因相关的自噬基因。34自噬相关信号通路mTOR信号转导通路mTOR可对细胞外包括生长因子、胰岛素、营养素、氨基酸、葡萄糖等多种刺激产生应答。它主要通过PI3K/Akt/mTOR途径来实现对细胞生长、细胞周期等多种生理功能的调控作用。正常情况下，结节性脑硬化复合物-1(TSC-1)和TSC-2形成二聚体复合物，是小GTP酶Rheb(Ras-homologenrichedinbrain)的抑制剂，而Rheb是mTOR活化所必需的刺激蛋白，因此TSC-1/TSC-2在正常情况下抑制mTOR的功能。35当Akt活化后，它可磷酸化TSC-2的Ser939和Thr1462，抑制了TSC-1/TSC-2复合物的形成，从而解除了对Rheb的抑制作用，使得mTOR被激活。活化的mTOR通过磷酸化蛋白翻译过程中的某些因子来参与多项细胞功能，其中最主要的是4EBP1和P70S6K。36mTOR是调节细胞生长、增殖、运动、存活和自噬等上游信号转导通路的汇合点。mTOR存在两种不同的复合物形式，分别为对雷帕霉素敏感的mTOR复合物mTORC1和不敏感的mTORC2，前者主要调节细胞生长、细胞凋亡、能量代谢和细胞自噬，后者主要与细胞骨架重组和细胞存活有关。37胰岛素样生长因子(IGF)和表皮生长因子(EGF)可活化mTOR，负调控自噬发生，这种作用主要经由PI3K／Akt信号转导通路实现，涉及的因子有3磷酸肌醇依赖性蛋白激酶(PDK1)、Ras同源类似物(Rheb)、磷酸酯酶与张力蛋白同源物(PTEN)、结节性脑硬化复合物(TSC2)等。38在能量供应不足的情况下，Rag、丝裂原活化蛋白激酶激酶(MEK)-胞外信号调节激酶(ERK)、丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶(LKB1)一AMPK等信号转导分子均可直接或间接作用于mTOR，发挥调控自噬的作用。39PI3K／Akt信号转导通路PI3K／Akt通路是广泛存在于细胞内重要的生存信号转导通路之一，其激活与细胞增殖、分化、凋亡、自噬密切相关。关键分子主要包括PI3K、PTEN、Akt和mTOR。Ⅰ型P13K