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自噬的過程——從一張圖片開始：
步驟1：細胞接受自噬誘導信號后，在胞漿的某處形成一個小的類似“脂質體”樣的膜結構，然后不斷擴張，但它并不呈球形，而是扁平的，就像一個由2層脂雙層組成的碗，可在電鏡下觀察到，被稱為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個特征：一是雙層膜，二是內含胞漿成分，如線粒體、內質網(wǎng)碎片等。
步驟3：自噬體形成后，可與細胞內吞的吞噬泡、吞飲泡和內體融合（加了個“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，期間自噬體的內膜被溶酶體酶降解，2者的內容物合為一體，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，供細胞重新利用，而殘渣或被排出細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）自噬是細胞消化掉自身的一部分，即self-eating，初一看似乎對細胞不利。事實上，細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。既有來自于細胞外的（如外界中的營養(yǎng)成分、缺血缺氧、生長因子的濃度等），也有細胞內的（代謝壓力、衰老或破損的細胞器、折疊錯誤或聚集的蛋白質等）。由于這些因素的經(jīng)常性存在，因此，細胞保持了一種很低的、基礎的自噬活性以維持自穩(wěn)。
（2）自噬過程很快，被誘導后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。這有利于細胞快速適應惡劣環(huán)境。
（3）自噬的可誘導特性：表現(xiàn)在2個方面，*是自噬相關蛋白的快速合成，這是準備階段。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，這與自噬的應急特性是相適應的。
（6）自噬的保守性：由于自噬有利于細胞的存活，因此無論是物種間、還是各細胞類型之間（包括腫瘤細胞），自噬都普遍被保留下來（誰不喜歡留一手呢？）。
自噬相關基因（autophagy associated gene, ATG）：在自噬過程中到底有哪些蛋白的參與，即自噬相關蛋白的鑒定是目前自噬研究主要的任務。由于自噬研究的歷史關系，很多基因在酵母和哺乳動物中有不同的命名。
自噬過程的調控：
從上面總結的自噬特點中可以看出，自噬這一過程一旦啟動，必須在度過危機后適時停止，否則，其非特異性捕獲胞漿成分的特性將導致細胞發(fā)生不可逆的損傷。這也提醒我們在研究自噬時一定要動態(tài)觀察，任何橫斷面的研究結果都不足以評價自噬的活性。
目前，已經(jīng)報告了很多因素能誘導細胞發(fā)生自噬，如饑餓、生長因子缺乏、微生物感染、細胞器損傷、蛋白質折疊錯誤或聚集、DNA損傷、放療、化療等等，這么多刺激信號如何傳遞的、哪些自噬蛋白接受信號、又有哪些自噬蛋白去執(zhí)行等很多問題都還在等待進一步解答中。
關于傳遞自噬信號的通路目前比較肯定的有：
抑制類
（1）Class I PI3K pathway （PI——phosphatidylinositol，磷脂酰肌醇）與IRS (Insulin receptor substrate) 結合，接受胰島素受體傳來的信號（血糖水平高抑制自噬）。
（2）mTOR在人類中的同源基因是FRAP1（FK506 binding protein 12-rapamycin associated protein 1），是一個絲/蘇氨酸蛋白激酶。能接受多種上游信號，如Class I PI3K、IGF-1/2、MAPK，能感受營養(yǎng)和能量的變化。
激活類
（1）Class III PI3K
結構上類似于Class I PI3K，但作用相反。
接受上述信號的自噬蛋白：
目前都把焦點集中在beclin 1（酵母同源物為atg6），能與多種蛋白結合，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是一個多功能蛋白，除了接受自噬信號，它還可以接受很多其它的信號對自噬進行調節(jié)，越來越多的證據(jù)表明，beclin-1可能是自噬的“守門人”。
自噬體的發(fā)生：
目前認為，自噬體的膜不是直接來源于高爾基體或內質網(wǎng)，而是在胞漿中重新生成的，但具體的機制尚不清楚。當beclin-1被活化后，胞漿中先形成很多個membrane source（自噬體膜發(fā)生中心），在它們不斷擴展的過程中（phagophore到autolysosome），VMP1蛋白由內質網(wǎng)和高爾基體轉位到自噬體膜上（VMP1又叫TMEM49，已知*與自噬有關的跨膜蛋白），同時，MAP1-LC3由胞漿型（即LC3-I）轉位到自噬體膜（即LC3-II），LC3這一轉變過程可被Western Blot和熒光顯微鏡檢測到，現(xiàn)已成為監(jiān)測自噬體形成的推薦方法。
自噬與細胞死亡的關系：
有必要說明一下的是，細胞死亡是一個非常復雜的過程，為了研究方便，需進行分類，但我們思考時不要局限于這些人為的分類，而應注重于現(xiàn)象本身來研究其背后的機制。
一直以來人們從不同角度、用不同方法來觀察細胞的死亡，并把細胞的死亡方式分為2類：壞死和凋亡，因為兩者有著明顯的區(qū)別，其中zui主要的區(qū)別之一就是細胞膜的通透性——壞死細胞的細胞膜喪失了完整性，內容物被釋放出來，染料可自由進入細胞，而凋亡細胞保持完整，無內容物釋放，染料也被排斥。很多實驗亦根據(jù)這一原理來設計以區(qū)分壞死和凋亡，這將在后面一一介紹，如同剛剛說明的那樣，這些實驗只能說明細胞膜的通透性（必要條件，不是充分必要條件），而不能用來證實壞死細胞或凋亡細胞。
一般認為壞死是被動的，不可控的，而凋亡是主動的，可控的。為了強調這一點，凋亡被定義為程序性細胞死亡（program cell death，PCD）。但無論是壞死還是凋亡，都是一個過程，是需要時間的（尤其是凋亡，從啟動到完成，細胞要執(zhí)行很多反應），而且細胞死亡后都有“尸體”。
在研究自噬與凋亡的關系時，人們發(fā)現(xiàn)細胞死亡前胞漿中存在大量的自噬體或自噬溶酶體，但這樣的細胞缺乏凋亡的典型特點，如核固縮（pyknosis）, 核破裂（karyorhexis）、細胞皺縮（shrinkage）、沒有凋亡小體的形成等，被稱為自噬樣細胞死亡（autophagic cell death，ACD），它是一種新的細胞程序性死亡，為了與凋亡區(qū)別，被命名為Type II cell death，相應的，凋亡為Type I cell death，壞死為Type III cell death。
盡管這樣，但對于自噬是否是細胞死亡的直接原因目前還存在很大的爭議。到底是Cell death by autophagy（自噬引起死亡）還是Cell death with autophagy（死亡時有自噬發(fā)生，但不是直接原因）？對此，自噬研究領域“大牛”級專家Levine Beth在一篇nature的Review中表達了自己的觀點。由于在形態(tài)學上2者無明顯區(qū)別，但通過阻斷自噬，觀察細胞的結局可區(qū)分開來：Cell death by autophagy細胞存活，而Cell death with autophagy細胞死亡。
自噬與腫瘤的關系：
與凋亡（在腫瘤細胞中一般都存在缺限）不同，自噬是被優(yōu)先保留的。無論是腫瘤細胞還是正常細胞，保持一種基礎、低水平的自噬活性是至關重要的。因為細胞中隨時產(chǎn)生的“垃圾”（破損或衰老的細胞器、長壽命蛋白質、錯誤合成或折疊錯誤的蛋白質等等）都需要及時清除，而這主要靠自噬來完成，因此，自噬具有維持細胞自穩(wěn)的功能；如果將自噬相關基因突變失活，如神經(jīng)元會發(fā)生大量聚集蛋白，并出現(xiàn)神經(jīng)元退化。同時，自噬的產(chǎn)物，如氨基酸、脂肪酸等小分子物質又可為細胞提供一定的能量和合成底物，可以說，自噬就是一個“備用倉庫”。如Atg-5缺陷的小鼠在出生后喝上*口奶之前就會餓死。更重要的是，自噬活性可在代謝應激（饑餓、生長因子缺乏、射線、化療等）時大大增強，表現(xiàn)為胞漿中迅速涌現(xiàn)大量自噬體，這一現(xiàn)象被稱為“自噬潮”（autophagic flux），廣泛用于自噬形成的監(jiān)測。自噬潮為細胞度過危機提供了緊急的營養(yǎng)和能量支持，有利于細胞的存活。
鑒于自噬的上述作用，自噬可為腫瘤細胞帶來幾大好處：
（1）腫瘤細胞本身就具有高代謝的特點，對營養(yǎng)和能量的需求比正常細胞更高，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、腫瘤長大發(fā)生血管崩塌時、腫瘤細胞脫離原發(fā)灶游走時等都會出現(xiàn)營養(yǎng)不足或供應中斷，而此時提高自噬活性可以有助于度過這一危機。
（2）當化療、放療后，腫瘤細胞會產(chǎn)生大量的破損細胞器、損壞的蛋白質等有害成分，而此時提高自噬活性可及時清除這些有害物質，并提供應急的底物和能量為修復受損DNA贏得時間和條件。
由于自噬減少了腫瘤細胞在代謝應激時發(fā)生壞死的機會，而對于腫瘤細胞群體而言，需要一部分細胞發(fā)生壞死，以引發(fā)適度的炎癥（有利于血管的長入、吸引免疫細胞分泌生長因子等）。研究發(fā)現(xiàn)，很多類型的腫瘤在代謝應激時會“組成性”活化PI3K信號以抑制自噬（由于凋亡通路已受阻，抑制自噬會促進壞死），但具體機制尚不清楚。
自噬的研究方法：
正常培養(yǎng)的細胞自噬活性很低，不適于觀察，因此，必須對自噬進行人工干預和調節(jié)，經(jīng)報道的工具藥有：
（一）自噬誘導劑
1. Bredeldin A / Thapsigargin / Tunicamycin ：模擬內質網(wǎng)應激
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，一般還需結合遺傳學技術對自噬相關基因進行干預：包括反義RNA干擾技術（Knockdown）、突變株篩選、外源基因導入等。
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