多細胞生物自噬的分子機制和生理功能研究

陳帥

摘要：自噬，指的是一個吞噬自身細胞質蛋白或者細胞器，并使其包被進入囊泡，然后和溶酶體在融合的作用下形成自噬溶酶體，進一步降解其包裹的內容物的過程。此過程的目標是使細胞自身的代謝需要得到有效實現，并使某些細胞器的更新得到有效實現。本課題重點分析研究多細胞生物自噬的分子機制和生理功能，以期對多細胞生物自噬有更為深入的了解。

關鍵詞：多細胞生物 自噬 分子機制 生理功能

自噬，由十九世紀五十年代由比利時科學家汀 德 迪夫在電子顯微鏡的條件下，通過觀察發現肝臟細胞中有單層膜或雙層膜的結構物質存在，這些結構中通常包括了一些細胞質成分和各類細胞器。之后托馬斯阿什福德與基斯波特發現基于胰高血糖素的刺激作用下，小鼠肝細胞當中存在溶酶體包裹著處于不同降解階段的線粒體。隨著研究的進展，到1963年，由迪夫提出“自噬”的概念，這是一個“自己吃自己”的過程，其功能為分解合成過程所需的中間代謝物。為了深入了解多細胞生物自噬，本課題圍繞“多細胞生物自噬的分子機制和生理功能”進行分析研究具備一定的價值意義。

1多細胞生物自噬的分子機制分析

在發現“自噬”的三十年中，由于研究體系不夠完善，使得大眾對自噬分子機制的了解不夠深入。而到1992年，日本科學家大隅良典通過實驗，基于單細胞釀酒酵母當中發現了“自噬”現象;酵母內部存在一個巨大的液泡，和動物細胞當中的溶酶體相似。大隅良典利用光學顯微鏡，對蛋白酶缺陷酵母進行觀察，發現基于氮源缺失的條件下，液泡中有許多的自噬小泡結構存在;對于所存在的小泡來說，主要是基于胞質當中，使雙層膜自噬小體有效形成，然后和液泡之間產生融合的關系;并且，基于正常酵母當中，液泡當中的蛋白酶可以快速地對該結構進行降解，因此自噬小泡的中間結構很難觀察到。大隅良典通過模型的構建，結合實驗得出結論：自噬是酵母存活的必要條件，通過對存活率下降的突變體進行篩選，進一步對液泡中是否存在自噬小泡聚集的突變體進行鑒定，發現ATGI中存在ATG相關基因一共15 個

與此同時，和日本科學家大隅良典處于同一時期的美國科學家丹尼爾教授，經實驗研究表明，酵母液泡蛋白酶Apel的前體蛋白，由胞質轉運至液泡的通路，稱之為Cvt，進而通過遺傳篩選鑒定獲取的Aple前體運輸缺陷的突變體，稱之為“Cvt突變體”。此外，對于參與自噬通路的基因，即為ATG基因，這一命名在200年被廣大學者所熟知，并且大部分學者認為自噬屬于隨機包裹一些胞內物質降解。但是，基因Cvt通路當中，對于水解酶前體運輸過程，也表明自噬能夠對底物進行選擇性運送。之后，相關學者通過實驗發現，自噬能夠選擇性包裹一些受損傷的細胞器及蛋白聚集體，然后進行降解。

總之，日本科學家大隅良典和相關學者對多細胞生物自噬的分子機制進行了深入的研究，也取得了一些可見的成果。比如通過酵母遺傳篩選，可發現自噬相關基因有20個左右，對于介導自噬小體所形成的各個步驟，均具備自身的功能，可使自噬小體的起始、延伸以及閉合得到有效實現，當然這也屬于自噬通路的核心成分。以Atg16聚合作用為例，可使雙倍的Atg12—_Atg5Atg16復合體得到有效形成，對于此復合體來說，通過和Atg8以及磷脂酰乙醇胺（PE）的共軛連接，能夠將泛素連接酶E3的活性體現出來。

2多細胞生物自噬的生理功能分析

在上述分析中，對多細胞生物自噬的分子機制有了一定程度的了解。而對于多細胞生物自噬的生理功能來說，主要體現在選擇性自噬功能、自噬和神經退行性疾病等方面，具體表現為：

（1）選擇性自噬功能。國內學者通過自噬降解PGL顆粒現象的利用，在實驗過程中，構建了遺傳篩選的多細胞生物自噬研究模型。經大規模篩選發現，可獲取多個多細胞生物特有的自噬基因，將其稱之為epg-l-ll。對于自噬降解P顆粒成分來說，表明了自噬能夠對底物進行選擇性降解，但是對于自噬怎樣選擇性對底物進行包裹的機制尚不完全明確。

（2）自噬細胞的存活及內穩態維持功能對于細胞自噬功能來說，一方面基于脅迫環境條件下，通過自噬作用，能夠使一些胞質在降解的作用下形成氨基酸，使細胞存活具備充足的能量及物質，總結起來，這屬于細胞自我存活的一種特性另一方面通過自噬作用能夠使變性，或者錯誤折疊的蛋白質得到有效清除，同時使損傷或者衰老的細胞器得到有效清除，進一步使細胞的內穩態得到有效維持。

3結語

綜上所述，多細胞生物自噬能夠使存在功能缺陷的自噬溶酶體得到有效降解。從多細胞生物自噬的生理功能來看，存在選擇性自噬功能、自噬細胞的存活促進功能以及內穩態維持功能。近年來，還有學者表示，自噬和神經退行性疾病之間存在尤為密切的關系，在WDR45/EPG6突變的條件下，會導致患者大腦認知功能存在缺陷，進一步引發神經退行性疾病。因此，加強對多細胞生物自噬的研究，不僅能夠為生物學做貢獻，還能夠為臨床工作做貢獻，需重視多細胞生物自噬的分子機制和生理功能的研究。

參考文獻

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