自噬的分子機(jī)制、種類及在疾病中的作用

自噬是一個高度保守的過程，真核細(xì)胞的某些部分在溶酶體或液泡中自我消化，細(xì)胞內(nèi)容物被降解并循環(huán)利用。自噬一詞源于希臘語，意思是自己吃（"噬"）（"auto"），是指溶酶體自我消化的降解途徑。自噬的分子機(jī)制最早是在芽殖酵母（Saccharomyces cerevisae）這一模式系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的，在所有真核生物中都在運行，但在任何原核生物中都沒有發(fā)現(xiàn)。自噬活動對維持細(xì)胞平衡和能量平衡至關(guān)重要。雖然自噬活性在基礎(chǔ)條件下通常較低，但在營養(yǎng)饑餓、缺氧、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激以及免疫和激素刺激等多種生理刺激下，自噬活性會明顯升高。越來越多的證據(jù)表明，自噬過程失常與許多臨床相關(guān)疾病有關(guān)，包括癌癥、神經(jīng)變性、糖尿病、自身免疫和心血管疾病。自噬靶向療法的開發(fā)將取決于對改變自噬活性的益處和潛在后果的深入了解。

根據(jù)降解的目標(biāo)對象，自噬可分為不同的亞型。研究最廣泛的自噬形式是大自噬，它能降解大部分細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器。非選擇性自噬持續(xù)發(fā)生，并在應(yīng)對饑餓等壓力時被有效誘導(dǎo)。此外，對特定類別的底物，如蛋白質(zhì)聚集體、細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞器或入侵的病毒和細(xì)菌的選擇性自噬涉及特定的適配器，這些適配器能識別目標(biāo)并將其鎖定在自噬體膜上。其他形式的自噬包括微自噬（通過溶酶體膜向內(nèi)折疊直接吞噬細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)）和伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）。在CMA中，具有特定識別信號的蛋白質(zhì)通過與伴侶復(fù)合體結(jié)合直接轉(zhuǎn)運到溶酶體中。

自噬最初被描述為一種激素和饑餓反應(yīng)，但它在生物學(xué)中的作用要廣泛得多，包括細(xì)胞器重塑、蛋白質(zhì)和細(xì)胞器質(zhì)量控制、預(yù)防基因毒性應(yīng)激、抑制腫瘤、消滅病原體、調(diào)節(jié)免疫和炎癥、母體DNA遺傳、新陳代謝和細(xì)胞存活。雖然自噬是一種降解途徑，但它也參與生物合成和分泌過程。鑒于自噬在許多基本細(xì)胞功能中發(fā)揮著根本性作用，自噬功能障礙與多種人類疾病相關(guān)也就不足為奇了。折疊錯誤的蛋白質(zhì)往往會形成對細(xì)胞有毒的不溶性聚集體。為了解決這一問題，細(xì)胞依賴于自噬。自2000年代初以來，該領(lǐng)域的論文數(shù)量顯著增加，已成為生物醫(yī)學(xué)研究中研究最深入的領(lǐng)域之一。此外，諾貝爾獎委員會也認(rèn)可了這一突破，授予自噬研究領(lǐng)域2016年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

是什么讓自噬變得與眾不同？答案在于自噬體大小和目標(biāo)選擇的靈活性。自噬可以促進(jìn)大量和多種底物的集體降解，使細(xì)胞能夠在面臨各種營養(yǎng)缺乏的情況下，快速有效地生成可循環(huán)利用的基本材料。此外，自噬是唯一能夠隨機(jī)或有針對性地降解整個細(xì)胞器的途徑-這是維持真核細(xì)胞復(fù)雜環(huán)境中平衡的關(guān)鍵過程。這一過程確保了一種質(zhì)量控制機(jī)制，對于抵消衰老的負(fù)面影響至關(guān)重要。自噬功能紊亂與帕金森病、2型糖尿病和其他老年疾病有關(guān)。細(xì)胞死亡自噬基因突變可導(dǎo)致遺傳疾病。自噬機(jī)制的紊亂也與癌癥有關(guān)。據(jù)觀察，由于腫瘤微環(huán)境缺氧，自噬水平在癌細(xì)胞中會升高。目前正在進(jìn)一步研究開發(fā)針對各種疾病的自噬藥物。

自噬是一個動態(tài)的多步驟過程，包括自噬體的形成、自噬溶酶體的形成和自噬底物的降解，通常稱為自噬通量。自噬體是一種雙層膜囊泡，可將細(xì)胞膜成分吞噬到溶酶體中進(jìn)行降解和再循環(huán)，自噬體的形成是自噬的標(biāo)志。在自噬激活過程中，細(xì)胞質(zhì)形式的微管相關(guān)蛋白1輕鏈LC3（LC3I）被脂化并被招募到自噬體。LC3II是LC3的脂化形式，附著在自噬體膜上，因此LC3轉(zhuǎn)換是自噬體形成的先決條件。監(jiān)測自噬通量的常用檢測方法是使用免疫印跡法檢測LC3B或SQSTM1/p62的周轉(zhuǎn)率，從而測量自噬通量的含量。然而，這種方法費時費力，而且在不同的實驗環(huán)境下結(jié)果往往不同，難以解釋。CYTO-ID® Autophagy Detection Kit（ENZ-51023，EnzoLife）試劑盒是一種無需轉(zhuǎn)染的定量檢測方法，用于監(jiān)測自噬和估計活細(xì)胞中的自噬通量。此外，SCREEN-WELL® Autophagy Library（BML-2837，EnzoLife）包含94種具有明確自噬誘導(dǎo)或抑制活性的化合物。這是研究細(xì)胞中促自噬和抗自噬分子的作用以及用于體外應(yīng)用的有用工具。