李 媛，高维娟

（1.承德医学院病理生理学教研室，河北承德 067000；2.河北中医学院/河北省心脑血管病中医药防治重点实验室）

细胞自噬是目前生物医学广泛研究的热点之一，它是一种由溶酶体介导的细胞内成分自我降解的过程，是真核生物中一种普遍的生命现象。在真核细胞中，自噬处在一个较低的水平上，起到持家的作用，例如降解胞内受损的细胞器及无功能蛋白，以此作为细胞内能量的来源，维持细胞内环境的稳态。自噬的上调出现在外部坏境的改变，如饥饿、激素失衡和氧化应激等，或者是内部需求的增加，如去除蛋白质聚集体等情况[1-2]。越来越多的证据表明，自噬与心脏病、癌症和许多神经退行性疾病有关。据Hundeshagen等[3]报道，地高辛在治疗心衰的过程中可明显激活自噬；但在永久性大脑中动脉栓塞模型中，自噬过度激活可诱导细胞发生死亡，加重脑损伤[4]。自噬在疾病中的作用比较复杂，因此，明确自噬的发生机制，有助于诱导自噬在疾病的发生发展过程中发挥保护作用。为此，本文对细胞自噬的过程及其分子调控机制进行阐述。

1 自噬的概念及分类

自噬现象普遍存在于真核细胞生物中，在自噬调控基因的作用下，利用溶酶体途径降解细胞内受损的细胞器和大分子物质。细胞内受损、衰老的细胞器，长寿蛋白及入侵的病原体等物质，被新月型的囊泡结构包裹，形成自噬体；自噬体再与溶酶体结合，形成自噬溶酶体；而自噬溶酶体内可释放多种组织蛋白酶，对包裹的物质进行降解、消化，转变为游离的氨基酸、脂肪酸等小分子物质，为细胞的再生和修复提供必要的原料，实现细胞的循环和再利用。

哺乳动物细胞中存在三种自噬类型，根据功能和进入溶酶体的途径分为巨自噬、小自噬及分子伴侣介导的自噬。通常所说的自噬泛指巨自噬，由双层膜结构包裹细胞内容物后再与溶酶体融合；小自噬是指溶酶体膜直接内陷、包裹细胞内容物；分子伴侣介导的自噬具有选择性，由分子伴侣识别带有特定序列的蛋白底物，再与溶酶体融合。尽管三种自噬的方式不相同，但最终都与溶酶体相融合，形成自噬溶酶体，并在其内消化、降解。

2 自噬的过程

自噬是一个高度管制且具有完整周期的多步骤过程，一般分三个步骤：自噬启动阶段、延伸与成熟阶段、降解阶段[5]。透射电子显微镜是观察、辨认自噬各个阶段的最主要方法。

2.1 自噬的启动 目前，与细胞自噬相关的30多种特异性基因在酵母菌中已成功取得并鉴定，被统一命名为自噬相关基因(autophagy-telated gene，ATG)。自噬的起始是哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)整合胞外的刺激信号，由ATG1/ULK1(哺乳动物中酵母菌ATG1的同系物)在内质网或高尔基体膜等结构上诱发，在Beclin 1-Vps34复合物的作用下，诱导自噬初始囊泡的形成[6]。虽然自噬体膜的起源尚有争议，但大部分学术研究倾向于自噬体膜来源于内质网、线粒体膜或高尔基体。而Beclin 1-Vps34复合物由自噬基因Beclin 1、Vps34(哺乳动物磷酸酰肌醇-3激酶在酵母菌中的同系物)组成，同时也引导自噬蛋白的定位。

2.2 自噬的延伸与成熟 在哺乳动物和酵母菌中，许多ATG是保守、相似的，并且通过泛素化结合到自噬体膜上。两个泛素化的共轭系统，ATG12-ATG5-ATG16复合物和微管相关蛋白质轻链3(LC3)-磷脂酰乙醇胺(PE)复合物共同作用于自噬囊泡，促进自噬体膜的延伸[7-8]。其中，ATG12-ATG5-ATG16复合物由ATG7和ATG10催化形成，LC3-PE复合物的形成过程亦与ATG7密切相关。LC3在ATG4的作用下脱羟基，生成LC3-Ⅰ，LC3-Ⅰ先存在于细胞质中，随后被ATG7及ATG3共同介导，与PE相结合，酯化形成LC3-Ⅱ；LC3-Ⅱ定位到自噬体膜上，是自噬体形成的生物学标志[9]。

2.3 自噬体的降解阶段 一般情况下，自噬体膜与溶酶体膜的融合由SNARE(膜融合事件中所涉及的小蛋白超家族)蛋白调节。SNARE蛋白包括突触融合蛋白STX17(Syntaxin17)、突触囊泡相关膜蛋白VAMP8(synaptic vesicle-associated membrane protein)、突触相关蛋白SNAP29(synaptosome-associated protein of 29kD)等[10]。STX17可以定位到成熟的自噬体膜上，通过胞质中的SNAP29与溶酶体膜上的VAMP8相互作用，启动膜的融合，形成自噬溶酶体[3]。融合后，自噬体内容物在一系列溶酶体水解酶的作用下被降解，降解产物通过溶酶体透性膜转到胞液中，被机体重新利用。

3 自噬的分子调控机制

自噬的产生是由多条信号通路共同介导来完成的，其中mTOR、Beclin 1等是多条信号通路的交叉点，是调控自噬的关键因素。

3.1 mTOR通路 mTOR是进化上十分保守的丝/苏氨酸蛋白激酶，属于磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)蛋白激酶类家族。mTOR通路是调节自噬的主要信号通路，它是多条信号通路的汇聚点，亦是目前研究最多的一条通路。mTOR可接受多种信号的刺激，在细胞生长、增殖、凋亡和自噬过程中起着非常重要的作用。

3.1.1 mTOR复合物的组成：mTOR存在两种不同的形式：（1）对雷帕霉素敏感的复合物mTORC1，主要调节细胞的生长、增殖、凋亡及能量代谢和自噬；（2）对雷帕霉素不敏感的复合物mTORC2，主要参与细胞骨架的重组和细胞的存活。mTORC1由多重蛋白组成，其中包括MLST8(mammalian lethal with SEC13 protein 8)、DEPTOR(DEP domain-containing mTOR-interacting protein)、RAPTOR(regulatory associated protein of mTOR)、PRAS40(proline-rich Akt substrateof 40 kDa)[4]。

3.1.2 mTORC1及其下游分子对自噬的调节：自噬起始复合物ULK(UNC-51-like kinase)在哺乳动物中由ULK1、Atg13、FIP200(FAK family kinase-interacting protein of 200 kD)和Atg101组成，mTORC1通过与ULK复合物相互作用，将外界信号转化为细胞自噬特异性信号[11]。在机体能量充足的情况下，活化的mTORC1可使mAtg13和ULK1高度磷酸化，从而抑制自噬的发生。相反，当机体处于饥饿、氧化应激等状态时，mTORC1与ULK复合物分离，mAtg13迅速去磷酸化，并与ULK1结合，形成诱导自噬的复合体，诱导自噬的发生[8，12]。

3.1.3 mTORC1及其上游分子对自噬的调节：

3.1.3.1 PI3K-Akt-mTORC1信号通路：PI3K是酵母菌Vsp34的同源基因，胰岛素样生长因子可激活PI3K，在磷脂酰肌醇脂依赖性蛋白激酶1的协同作用下，激活丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Akt)，Akt也可直接磷酸化PRAS40，使PRAS40从mTORC1解离下来，解除其对mTORC1的抑制作用，允许mTORC1磷酸化下游底物，抑制自噬的启动。活化的Akt也可直接作用于结节性硬化蛋白2(tuberous sclerosis protein 2，TSC2)，抑制TSC1/2复合物，使其失活。RHEB是Ras蛋白家族中的一员，具有GTP酶活性，TSC2作为GTP酶的催化剂，能使有活性的RHEB-GTP转化为无活性的RHEB-GDP。磷酸化的TSC2的活性降低，使其下游底物RHEB-GTP增多，RHEB-GTP可激活mTORC1，从而抑制自噬[6]。

3.1.3.2 AMPK-mTOR信号通路：AMP激活性蛋白激酶AMPK（AMP-activated protein kinase）是细胞内能量的传感器，当ATP/AMP比率降低或能量需求增加时，AMPK被激活，活化的AMPK通过激活TSC1/2复合物对mTORC1起到抑制作用，进而诱导自噬的发生。AMPK也可以直接作用于RAPTOR，使其与mTORC1分离，解除对mTORC1的抑制作用[13-14]。

3.2 Beclin 1通路 Beclin 1是酵母菌ATG6/VSP30在哺乳动物的同源基因，亦是最早被发现的参与自噬调节的关键因子。Beclin 1具有三个重要的结构域：BH3、卷曲螺旋结构域(CCD)和进化保守结构域(ECD)。Beclin 1可通过这些结构域与多种蛋白结合，形成复合体，作为分子反应的“平台”，可诱导自噬相关蛋白定位到自噬体膜上，调控自噬的形成与成熟[15]。

参与Beclin 1复合物组成的蛋白主要包括Vps34、UVRAG、Ambral和Bcl-2。Vps34是哺乳动物III型PI3K的一种，可与Beclin 1的ECD结构域结合，形成Vps34-Beclin 1复合体，促进自噬体膜的形成与转运。UVRAG为抗紫外线相关基因的产物蛋白，若直接与Beclin 1的CCD结构域结合，可促进自噬体的成熟，而其亚单位Rubicon与Beclin 1结合，则抑制自噬体的成熟[16-17]。Ambral是新发现的一种蛋白，对依赖Beclin 1的自噬有正面调节作用，游离的Ambral与Beclin1结合，能促进细胞自噬囊泡膜的集聚，诱导自噬的形成[18]。目前研究显示，细胞凋亡的关键调节因子Bcl-2也是重要的自噬调节蛋白，Bcl-2含有与Beclin 1相同的结构域BH3，Bcl-2可通过此结构域与Beclin 1结合，并相互作用，减弱Beclin 1与Vps34的相互作用，使其它自噬相关蛋白难以结合到自噬体膜上，从而抑制自噬的发生[19]。

由此可见，Beclin 1可在自噬体形成的每个重要阶段进行干预，这种现象是通过不同蛋白与Beclin 1结合或分离实现的。而它们的结合与分离具有一定的组织依赖性，可能跟这些蛋白与Beclin 1的结合是短暂的、相对不稳定的或只发生在特定的条件下有关。

3.3 其它分子对自噬的调节 除上述信号通路外，还有其它分子参与细胞自噬的发生。游离氨基酸可负反馈调节自噬，在机体内氨基酸充足的情况下，可抑制自噬的发生。自噬亦可通过转录因子家族中的FOXO在转录水平上进行调节，FOXO蛋白是自噬的活性调节因子，可激活多种自噬基因，如Gabarap11、Map1LC3、ATG5、ATG12、Vps34和Beclin 1等的表达[3]。此外，由于p53基因在细胞中的定位不同，可表现出对自噬调节的双重作用：细胞核内的p53在正常情况下处于失活状态，当受外界刺激时，其丝氨酸和赖氨酸的残基磷酸化和乙酰化而被激活，活化的p53可抑制自噬的负调节因子mTOR，诱导自噬的发生；而存在于细胞质中的p53，主要通过抑制AMPK活性和激活mTOR来抑制自噬的发生[20]。

4 结语

自噬是真核细胞中普遍存在又十分重要的生命现象，与细胞的生命活动息息相关。自噬具有与泛素-蛋白酶体相似的作用，可以降解蛋白质，达到回收再利用的目的。它们的不同点是泛素-蛋白酶体途径主要负责短寿命蛋白质的降解，而自噬则主要降解长寿蛋白，以及受损、衰老的细胞器。近年来，自噬的研究取得了突破性的进展，许多疾病与自噬密切相关，但自噬在疾病中扮演的角色、发挥的作用尚未完全清楚。细胞自噬受多种信号调控，深入探讨这些机制将为寻找调控自噬的靶点提供重要依据。正确认识自噬在疾病发生发展中的作用，利用自噬的有利因素消除不利因素，自噬通路的药理调制将是临床医生治疗人类疾病的一个新的挑战。

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其中系数krai和krbi的求解也可根据经济化的逼近多项式算法[13]，通过Tchebyshev多项式直接得到.

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