醫(yī)學精品課件細胞凋亡和細胞自噬2014

1、 史 娟醫(yī)科院基礎所 新科研樓607E-mail: shijuantt細胞凋亡和細胞自噬2021/7/16 星期五12021/7/16 星期五2Outline1. History of apoptosis research2. Characterization of apoptosis3. Physiological Significances4. Apoptosis Signaling Pathways5. Regulation of Apoptosis6. Apoptosis and Autophagy2021/7/16 星期五3第一節(jié) 凋亡的研究歷史1842 Carl Voget Ini

2、tial observation that cell death in part of normal development1972 Kerr, Wyllie and Currie- - introduced term apoptosis to describe cell death with a set of common morphological features - Cell deletion was controlled under physiological conditions in adults - Deregulation could lead to many disease

3、s - Morphologically identical to developmental CD and distinct from accidental cell death2021/7/16 星期五41980 Wyllie Biochemical changes in apoptotic morphology: - DNA fragmentation -Requires expression of death genes1988 Bcl-2 was found to be anti-apoptotic1991 ced genes were identified in C. elegan1

4、992 Fas/APO-1/CD95 was identified1993 A role of p53 in regulation of apoptosis was described Fas ligand was identified ICE was found to be homolog of ced-3 in mammalian IAPs were identified1994 The role of mitochondria during apoptosis1996 The role of caspases during apoptosis Release of cytochrome

5、c from mitochondria during apoptosis was discovered1997 Apafs were identified 2021/7/16 星期五5 Nobel Prize 2002 in Physiology and Medicine Sydney Brenner John E. Sulston Robert H. Horvitz for their discoveries concerninggenetic regulation of organ development and programmed cell death2021/7/16 星期五6“Ge

6、netic control of programmed cell death in the nematode Caenorhabditis elegans”“You can observe a lot by watching.” Y. Berra2021/7/16 星期五7第二節(jié) 凋亡細胞的特征 2021/7/16 星期五8凋亡(apoptosis)的形態(tài)學特征為染色質(zhì)凝集、邊緣化，細胞皺縮，細胞膜內(nèi)側(cè)的磷脂酰絲氨酸外翻，細胞出泡形成凋亡小體。細胞凋亡受到一系列相關基因的嚴格調(diào)控。程序性細胞死亡（programmed cell death，PCD），即是指細胞在一定的生理或病理條件下，遵循自身

7、的程序，主動結(jié)束其生命的過程，這種死亡由基因決定的。大多數(shù)程序性細胞死亡，呈現(xiàn)細胞凋亡的形態(tài)學特征。2021/7/16 星期五9NecrosisApoptosis2021/7/16 星期五10細胞凋亡與細胞壞死在形態(tài)上的主要區(qū)別 細胞凋亡 細胞壞死發(fā)生條件 多為生理性 病理性（偶然刺激） 單個細胞丟失 成群細胞死亡細胞膜 發(fā)泡，完整 破裂，不完整細胞器 結(jié)構(gòu)保留 破壞細胞核 核凝集斷裂 核破碎溶解 染色質(zhì)均一濃縮細胞 皺縮形成凋亡小體 細胞膨脹而溶解 被鄰近正常和巨噬細胞吞噬 殘余碎片被巨噬細胞吞噬炎癥反應 無，不釋放內(nèi)容物 有，釋放內(nèi)容物2021/7/16 星期五11細胞凋亡與細胞壞死在生物

8、化學方面的主要區(qū)別 細胞凋亡 細胞壞死基因調(diào)節(jié) 由凋亡相關基因調(diào)控 與基因調(diào)控無關發(fā)生條件 多為生理性 病理性（偶然刺激） 能量 需要能量 不需要能量新的基因轉(zhuǎn)錄 有 無大分子合成 需要 不需要Caspase 依賴性 不依賴DNA 降解為180-200bp DNA隨機性降解成為任意 的整數(shù)倍的DNA Ladder 長度的片段細胞膜 磷脂酰絲氨酸外翻2021/7/16 星期五12Morphology of Apoptotic Cell2021/7/16 星期五13ApoptosisNecrosisApoptosis VS. Necrosis2021/7/16 星期五142021/7/16 星期五

9、15第三節(jié) 細胞凋亡的生理學 病理學意義 2021/7/16 星期五16保證個體正常發(fā)育：蝌蚪成蛙、昆蟲蛻變、淋巴細胞陽性和陰性選擇、表皮和指（趾）甲的形成等。維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定：清除衰老細胞、DNA損傷的細胞等。如果機體對受損、突變或者衰老的細胞不能及時清除話，就會干擾內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定。防御功能：清除被病原體感染的細胞等。生理學意義2021/7/16 星期五17保證個體正常發(fā)育：蝌蚪成蛙、昆蟲蛻變、淋巴細胞陽性和陰性選擇、表皮和指（趾）甲的形成等。2021/7/16 星期五18 Sculpting the digits in the developing mouse paw by apoptosis.

10、 Tissue remodeling. 2021/7/16 星期五19脊椎動物的神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育2021/7/16 星期五20CTL殺傷靶細胞。2021/7/16 星期五21免疫細胞凋亡細胞凋亡:95%的細胞凋亡 胸腺細胞成熟過程中的凋亡 陽性選擇 陰性選擇激活誘導的細胞凋亡：（activation-induced cell death，AICD）CTL誘導靶細胞的凋亡： 穿孔素介導的靶細胞凋亡 Fas介導的靶細胞凋亡 2021/7/16 星期五22lymphoid progenitor (CLP)double negative (DN)double positive (DP)Apoptosis

11、 and survival during T lymphocyte development2021/7/16 星期五23Apoptosis and survival during B lymphocyte development2021/7/16 星期五24物理因素：X-射線、熱休克等；化學因素：過氧化氫、乙醇、8氯腺苷、氨 甲蝶呤、苯丁酸氮芥、三尖杉酯堿等；生物因素：某些細胞因子表達水平變化、蛋白分 子的激活、修飾、降解或構(gòu)象改變、 活性氧的產(chǎn)生等。Apoptosis Inducers2021/7/16 星期五25 病原體侵染；誘導凋亡HIV抑制凋亡Poxvirus細胞凋亡不足腫瘤，自身免疫

12、疾??；細胞凋亡過度神經(jīng)退行性疾病（AD，帕金森癥）、心肌梗塞、 再生障礙性貧血、骨組織壞死。病理學意義2021/7/16 星期五26HIV infection causes apoptosis2021/7/16 星期五27接受凋亡信號蛋白水解酶（caspases）的活化凋亡的級聯(lián)反應凋亡調(diào)控分子間的相互作用第四節(jié) 細胞凋亡的信號傳遞2021/7/16 星期五28細胞外部刺激信號介導的死亡受體信號傳遞途徑(extrinsic)細胞內(nèi)部的信號傳遞途徑 (intrinsic or mitochondrial) 2021/7/16 星期五29連接分子（ adaptor）：具有一些特殊的功能結(jié)構(gòu)域，如

13、DD、DED、CARD等，同種結(jié)構(gòu)域間具有相互結(jié)合的傾向2021/7/16 星期五30The TNF and TNFR superfamiliesAggarwal BB。Nat Rev Immunol. 2003，3(9):745-562021/7/16 星期五31CRD：Cys-rich repeats extracellular DD： death domain cytoplasmic essential2021/7/16 星期五322021/7/16 星期五33Structure of Death Receptors胞外區(qū)結(jié)構(gòu)相似，有多個富含半胱氨酸保守序列；胞內(nèi)區(qū)均有特殊死亡功能區(qū)（約

14、90個氨基酸殘基組成的基序, death domain, DD）；死亡功能區(qū)無任何酶活性，但可與具有相似死亡結(jié)構(gòu)域的蛋白結(jié)合。2021/7/16 星期五34Mechanisms of TRAIL Functioning Two functional death receptors (DR4/DR5) Three decoy receptors (DcR1, DcR2 & OPG) Homotrimer； Capase cascade2021/7/16 星期五35APP binds DR6 to trigger axon degenerationand neuron death via dist

15、inct caspasesNikolaev A, et al. Nature. 2009;457(7232):981-9.2021/7/16 星期五36Caspase 1 ICECaspase 2 ICH-1/Nedd-2Caspase 3 CPP32/YamaCaspase 4 TX ICH-2 ICErel IICaspase 5 ICErel III TyCaspase 6 Mch-2Caspase 7 Mch-3Caspase 8 MACH FLICE Mch-5Caspase 9 ICE/LAP6 Mch-6Caspase 10 Mch-4 FLICE-2Caspase 11 ICH

16、3Caspase 12 ER apoptosis-specificCaspase 13 ERICECaspase 14 MICECaspase 15Caspase 16Caspase 17Caspase 18Caspases: cysteine aspartic acid specific protease “C” = cysteine, “asp” = cleave after Asp; family of proteases with similar amino acid sequence, structure, substrate specificity2021/7/16 星期五37根據(jù)

17、Caspase 家族成員之間大小亞單位的同源性, 可將他們分為3 組: 炎癥組（inflammatory mediators）:Caspase1,4,5,12,13,14 凋亡起始組（apoptotic initiators）：Caspase2,8,9,10 凋亡效應組（apoptotic executioners）：Caspase3,6,7DED: death effector domainCARD: caspase recruitment domain 2021/7/16 星期五38Structure and Function of CaspasesDED: death effector

18、domainsCARD: caspase recruitment domains2021/7/16 星期五39 Caspases are produced as zymogensLavrik IN, J Clin Invest. 2005;115:2665-722021/7/16 星期五40Scheme of procaspase-8 processing at the CD95 DISC Lavrik IN, J Clin Invest. 2005;115:2665-722021/7/16 星期五41Mechanisms of Caspase Activation自活化(autoactiva

19、tion)是指部分Caspase 酶原具有在高濃度或局部高濃度時形成寡聚復合體可自身激活自身的特性。主要為凋亡起始組成員,。轉(zhuǎn)活化（transactivation）是已激活的起始Caspase 激活其它Caspase 酶原的方式。非Caspase 蛋白酶活化是Caspase 酶原激活的另一方式。例如Granzyme B。2021/7/16 星期五42Activation model of caspases2021/7/16 星期五43How caspases kill ICAD&CAD(the inhibitor of Caspase- activated DNase) Lamins, cau

20、sing lamina to collapse and contributing to chromatin condensation. Cytoskeletons, cell junctions Deregulation of protein activity2021/7/16 星期五442021/7/16 星期五452021/7/16 星期五46Regulation of Caspases Gene expression Phosphorylation, nitrosylation a. Inactivation of human caspase-9 by Akt; b. Direct in

21、hibition of caspase activity through active site nitrosylation Bcl-2 protein family: pro- vs. anti-; Caspase inhibitors: a.痘苗病毒CrmA and p35; b. FLIPs; c. IAPs2021/7/16 星期五47Dual Functions of Caspase-8Expression and phosphorylation state of caspase-8 in tumors: prognostic marker or to pharmacological

22、ly stimulate caspase-8 processing for tumor therapyFrisch SM Cancer Res 2008; 68:4491-32021/7/16 星期五48Signal Transduction by death receptorsAshkenazi A. Nat Rev Cancer. 2002;2(6):420-302021/7/16 星期五49Immunol Cell Biol (2006) 84, 87982021/7/16 星期五50 Intrinsic Signaling Pathway Activation requires: -

23、Cytochrome c release - ATP/dATP - Apaf-1 - Cyt c/Apaf-1/procaspase- 9/ATP(dATP) apoptosome - Caspase-9 activation Extrinsic Signaling Pathway Activation requires: - death receptor - adaptor proteins(FADD/ TRADD) - DISC (death-inducing signaling complex ) - Caspase-8/10 activation2021/7/16 星期五51Centr

24、al role of mitochondria in apoptosis- 線粒體跨膜通道 (permeability transition pore , PT孔) 的開放- 線粒體跨膜電位下降，Cyt c 釋放- Cyt c/Apaf-1/procaspase- 9/dATP apoptosome- Caspase級聯(lián)- Smac釋放2021/7/16 星期五52Structure of Apaf-1Apaf-1: apoptotic protease activating factor-1 2021/7/16 星期五532021/7/16 星期五54Inflammasome in infl

25、ammation2021/7/16 星期五552021/7/16 星期五56Finkel, Science. 2001; 292(5517):624-626. 線粒體PT孔主要由位于內(nèi)膜的腺苷轉(zhuǎn)位因子ANT和位于外膜的電壓依賴性陰離子通道VDAC等蛋白所組成，PT孔開放會引起線粒體跨膜電位下降和cyt c、凋亡因子AIF等釋放。Bcl-2家族蛋白對于PT孔的開放和關閉起關鍵的調(diào)節(jié)作用，促凋亡蛋白Bax等可以通過與ANT或VDAC的結(jié)合介導PT孔的開放，而抗凋亡類蛋白如Bcl-2、Bcl-xL等則可通過與Bax競爭性地與ANT結(jié)合，或者直接阻止Bax與ANT、VDAC的結(jié)合來發(fā)揮其抗凋亡效應。2

26、021/7/16 星期五57Synergism between extrinsic and intrinsic death pathways by caspase-processed Bid Cross-talk and integration between death-receptor and mitochondrial pathwaysUnder some conditions cross-talk is minimalthe two pathways operate independentlyCaspase processing of Bid induces translocation

27、 of processed Bid to mito, where it promotes cytochrome c releaseHengartner, Nature 407: 770, 20002021/7/16 星期五582021/7/16 星期五59Stefan J. Riedl Nature Reviews Molecular Cell Biology 5, 897-907Pathways to cell death in C.elegans, Fruitflies and mammals 2021/7/16 星期五60Bcl-2基因家族IAP家族FLIP家族其他：HSP、NF-kBP

28、53第五節(jié) 細胞凋亡的基因表達調(diào)控2021/7/16 星期五612021/7/16 星期五62Apoptosis Regulators in Bcl-2 Family2021/7/16 星期五63Bcl-2亞家族：抑制細胞凋亡的發(fā)生，結(jié)構(gòu)上擁有保守的BH1BH4的結(jié)構(gòu)域和跨膜區(qū), BH1與BH2結(jié)構(gòu)域是抗凋亡蛋白必備的結(jié)構(gòu)域，同時在同源或異源性二聚體和離子通道 的形成中發(fā)揮重要的作用，主要包括Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-W和Mcl-1等；Bax亞家族：促進細胞凋亡，結(jié)構(gòu)上缺乏BH4結(jié)構(gòu)域，只含BH1BH3和跨膜區(qū)，包括 Bax、Bak、Bok；BH3亞家族：促進細胞凋亡，結(jié)構(gòu)上僅具有1個

29、保守的BH3同源結(jié)構(gòu)域，主要包括Bad、 Bim、Bid和Bik等。Structure and Function of Bcl-2 Family ProteinsValentijn AJ, Biochem Soc Trans. 2004;32(Pt3):421-52021/7/16 星期五64Bcl-2 family-mediated apoptosisAntiapoptotic members: BCL-2, BCL-XL, A1, MCL-1, etc.Proapoptotics: BID, BAD, BIM, BIK, BMF, NOXA, PUMA, etc.2021/7/16 星期五

30、65Models for interaction between BH3-only proteins, BAX/BAK-like proteins and pro-survival BCL-2-family members in signalling in apoptosis.Strasser A.Nat Rev Immunol. 2005;5(3):189-200. 2021/7/16 星期五66Small molecules convert anti-death factors into pro-death factorsnature chemical biology 2008 12(4)

31、:7222021/7/16 星期五672021/7/16 星期五68Inhibitors of apoptosis proteins (IAPs)IAP (XIAP, c-IAP-1, c-IAP-2, Survivin, Livin): to bind with pro-caspase and inhibit the activation of caspases;IAP inhibitors：Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspase/direct IAP-binding protein with low pH)

32、, to bind with IAPs and activate caspase-9Omi/HtrA22021/7/16 星期五69Structure of BIR domain-containing IAPsRiedl SJ, Nat Rev Mol Cell Biol. 2004;5(11):897-907. BIR一般由80個氨基酸殘基構(gòu)成,全稱為桿狀病毒IAP重復序列( baculoviral IAP repeat),為IAP 抑制細胞凋亡所必需的，也是所有IAP家族蛋白共有的結(jié)構(gòu)域。事實上含BIR結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)在許多真核生物中都可以見到，但并不是所有含BIR結(jié)構(gòu)域的蛋白都能夠抑制凋亡

33、。 RING結(jié)構(gòu)是存在于部分IAP蛋白羧基末端的鋅指樣結(jié)構(gòu)單元。這種鋅指樣結(jié)構(gòu)具泛素酶活性,能夠促進caspase的降解,參與凋亡抑制作用。 少數(shù)IAP分子存在CARD結(jié)構(gòu),是位于IAP分子BIR結(jié)構(gòu)和鋅指結(jié)構(gòu)之間的一段序列,目前尚未證明CARD結(jié)構(gòu)與抑制凋亡有關。2021/7/16 星期五70Molecular mechanism of IAP-mediated inhibition of effector caspases.Reial SJ et al., Nat Rev Mol Cell Biol. 2004 Nov;5(11):897-907. 2021/7/16 星期五71the M

34、ultiple mechanisms of IAPsJesenberger V, Nat Rev Mol Cell Biol. 2002;3(2):112-21 2021/7/16 星期五72Krammer PH, Nat Rev Immunol. 2007;7(7):532-42. Structure of cFLIP (FLICE inhibitor protein) familyDED domain 2021/7/16 星期五73Regulation of NF-kB activation by cFLIP 2021/7/16 星期五74Mathew R, Clin Cancer Res

35、. 2006;12(12):3648-51.2021/7/16 星期五75Regulation of NF-kB on cell survival and apoptosis2021/7/16 星期五76熱激蛋白(heat shock protein，HSP) 除參與細胞內(nèi)一些重要蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象、穩(wěn)定性及激酶活性調(diào)節(jié)之外，HSP另一重要生理功能是對應激狀態(tài)下的細胞提供保護。近年來的研究證實HSP蛋白家族的重要成員如HSP90、HSP70及HSP27等可以直接作用于細胞的抗凋亡機制2021/7/16 星期五77J Clin Invest. 2005;115(10):26332639.HSP a

36、nd apoptosis2021/7/16 星期五78P53 & apoptosisp53主要功能是監(jiān)視細胞基因組DNA的完整性。 如有損傷，p53可以感知這些損傷，可以促使細胞停留在G1 期，進行DNA損傷修復，避免錯誤DNA的進一步復制。同時， p53可以促進DNA修復蛋白的轉(zhuǎn)錄合成，從而促進細胞對DNA損 傷進行修復，確保遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定性。 一旦這種修復無法完成，p53將促進一系列凋亡相關蛋白的表 達，例如Bax、PUMA、Noxa、Fas,從而有效的誘導細胞凋亡， 清除受損的細胞，防止細胞癌化2021/7/16 星期五79A model for p53 regulation 2021/

37、7/16 星期五802021/7/16 星期五81association of TP53 mutations and clinical outcome in selected cancer types2021/7/16 星期五82Selected oncogenic properties of mutant p53 and their underlying mechanisms2021/7/16 星期五83Interplay of the nuclear and cytoplasmic functions of p53 in apoptosis2021/7/16 星期五842021/7/16

38、星期五852021/7/16 星期五86p53 and metabolism. Karen H. Vousden & Kevin M. RyanWhen mutants gain new powers: news from the mutant p53 field. Ran Brosh & Varda RotterTumour suppression by p53: a role for the DNA damage response? David W. MeekThe expanding universe of p53 targets. Daniel Menendez, Alberto In

39、ga & Michael A. Resnickp53 and E2f: partners in life and death. Shirley Polager & Doron GinsbergThe first 30 years of p53: growing ever more complex. Arnold J. Levine & Moshe Orenp53 ancestry: gazing through an evolutionary. lens Wan-Jin Lu, James F. Amatruda & John M. Abrams2021/7/16 星期五87Heiko Her

40、meking, Cancer Cell, 2007,414-8p53 Enters the MicroRNA World2021/7/16 星期五88Suzuki HI, et al. Nature. 2009 Jul 23;460(7254):529-33.Modulation of microRNA processing by p53P53 WT p53-/- after treatment for 8 or 24 h with 0.2 g ml-1 doxorubicin2021/7/16 星期五89Regulation of miRNA biosynthesis by p53Heiko

41、 Hermeking, Nature Reviews Cancer 2012,12,613-6262021/7/16 星期五90Regulation of p53 pathway by miRNA network2021/7/16 星期五91Apoptotic signalling pathways and the involvement of miRNA regulation2021/7/16 星期五922021/7/16 星期五932021/7/16 星期五942021/7/16 星期五95細胞凋亡的檢測2021/7/16 星期五96針對凋亡不同階段特征的檢測方法 1 早期檢測 PS(磷脂

42、酰絲氨酸)在細胞外膜上的檢測 細胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)改變的檢測 細胞色素C的定位檢測 線粒體膜電位變化的檢測2 晚期檢測 TUNEL（Terminal deoxynucleotidyl transferase- mediated dUTP nick-end-labeling） LM-PCR Ladder (連接介導的PCR檢測) Telemerase Detection (端粒酶檢測) 3mRNA水平的檢測 2021/7/16 星期五97針對不同位置的凋亡特征的檢測方法 細胞凋亡的形態(tài)學檢測方法凋亡細胞的光學顯微鏡和倒置顯微鏡觀察凋亡細胞的熒光顯微鏡和共聚焦激光掃描顯微鏡觀察凋亡細胞的電子顯微鏡觀

43、察細胞膜相關凋亡檢測線粒體相關凋亡檢測胞漿蛋白相關凋亡檢測Caspase(半胱天冬氨酸酶)活性檢測凋亡相關的非Caspase蛋白酶檢測胞漿其他蛋白活性檢測細胞核相關凋亡檢測其他2021/7/16 星期五98細胞凋亡的檢測方法簡述 一、細胞凋亡的形態(tài)學檢測 二、磷脂酰絲氨酸外翻分析（Annexin V法） 三、 DNA片斷化檢測 四、 TUNEL法 五、 Caspase-3活性的檢測 六、 WB檢測 2021/7/16 星期五99Morphology of Apoptotic Cell凋亡誘導劑誘導人肺癌細胞株A549發(fā)生凋亡，hoechst 33258染色2021/7/16 星期五100DNA

44、 fragmentation and the appearance of “DNA ladder”2021/7/16 星期五1012021/7/16 星期五10222021/7/16 星期五1032021/7/16 星期五104Apoptotic HeLa cells were stained with FITC-AnnexinV+PI2021/7/16 星期五105Annexin V-FITC FluorescencePI Fluorescence Time course of apoptosis in TF-1 cells cultured in GM-CSF-free medium202

45、1/7/16 星期五1062021/7/16 星期五1072021/7/16 星期五1082021/7/16 星期五1092021/7/16 星期五1102021/7/16 星期五111第六節(jié) 凋亡與自噬2021/7/16 星期五112Various Models of Cell Death2021/7/16 星期五113Classification of cell death according to the nuclear morphology of the dying cellNature Immunology 4, 416 - 423 (2003)2021/7/16 星期五114Cla

46、ssification of cell death according to caspase activationNecrosisCDCD: Apoptosis, Mitotic Catastrophe, Model of Apoptosis-like, Anoikis CICD: Autophagy, Paraptosis, Oncosis, Model of Necrosis-like2021/7/16 星期五115Apoptosis and Autophagy自噬（autophagy）：就其本義而言就是自己吃自己，指細胞在營養(yǎng)缺乏時靠消化自身細胞器而獲得能量以度過饑荒的行為。然而，在后來

47、的研究中發(fā)現(xiàn)自噬并不只是細胞的一個生存策略，同時也是細胞死亡的一種方式。如在Parkinsons 和Alzheimers 疾病病變的細胞中，經(jīng)常可以看到細胞自噬的現(xiàn)象。自噬則是利用溶酶體對細胞自身體內(nèi)的部分細胞質(zhì)和細胞器進行一系列降解的過程。它的顯著特征是形成大量自體吞噬小泡。自噬過程中的細胞骨架雖然解聚，但并不像凋亡過程那樣發(fā)生明顯的細胞骨架降解?！皊elf-killing” “self-eating”2021/7/16 星期五116J Clin Invest. 2005 Oct;115(10):2679-88. 2021/7/16 星期五117 自噬現(xiàn)象最早在哺乳動物中的研究是由Ashfo

48、rd和Porten于1962年通過電子顯微鏡在人的肝細胞中觀察到，但直到1997年日本科學家Yoshinori Ohsumi小組在酵母菌中發(fā)現(xiàn)自噬相關基因（autophagy related gene, Atg），對自噬的研究才有新的進展。2021/7/16 星期五118誘導細胞發(fā)生自噬的因素：饑餓、生長因子缺乏、微生物感染、細胞器損傷、蛋白質(zhì)折疊錯誤或聚集、DNA損傷、放療、化療等等2021/7/16 星期五119自噬的特性：1）自噬是細胞消化掉自身的一部分，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。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

49、等細胞內(nèi)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(zhì)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即可觀察到自噬體形成，2h后自噬溶酶體基本降解消失。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，第一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）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，自噬都普遍被保留下來。2021/7/16 星期五1202021/7/16 星期五121Au

50、tophagy pathway and its role in cellular adaptation to nutrient deprivationLevine B, Nature. 2007;446(7137):745-7.2021/7/16 星期五122Regulation of the Autophagic Pathway2021/7/16 星期五123Autophagy in Health and Disease2021/7/16 星期五124自噬和腫瘤雙刃劍與凋亡（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。自噬基因敲除的動物自發(fā)腫瘤增多，相反自噬基因敲除后，增加了化療、

51、放療、免疫治療的敏感性。2021/7/16 星期五125自噬與腫瘤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(zhì)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(zhì)，并提供應急的底物和能量為修復受損DNA贏得時間和條件。3）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。2021/7/16 星期五126對不同的細胞，自噬的作用可能不同。相同的細胞在不同的外部因素作用時，自噬的作用可能不同。在腫瘤發(fā)生發(fā)展的不同階段，自噬的作用可能不同。 腫瘤生長的早期階段自噬增強，是由于此時腫瘤的血管化作用不足，癌細胞的營養(yǎng)供給有限，需要通過自噬為自身提供營養(yǎng)。 腫瘤進入發(fā)展階段后基因變異積累，使包括 Beclin 1在內(nèi)的眾多抑癌基因失活，自噬活力降低。對單個細胞和對整個腫瘤阻滯的作用可能不同。自噬功能不全的細胞易于壞死，但是壞死組織產(chǎn)生的細胞因