自噬()通常是指機(jī)體細(xì)胞在發(fā)育過程中或在個別誘因作用下,通過細(xì)胞內(nèi)基因及其產(chǎn)物的調(diào)控而發(fā)生的一種程序性細(xì)胞死亡(celldeath)。通常表現(xiàn)為單個細(xì)胞的死亡,且不伴有發(fā)炎反應(yīng)。
1.細(xì)胞自噬的意義
細(xì)胞自噬普遍存在于生物界,既發(fā)生于生理狀態(tài)下,也發(fā)生于病理狀態(tài)下。因為細(xì)胞自噬對胚胎發(fā)育及形態(tài)發(fā)生()、組織內(nèi)正常細(xì)胞群的穩(wěn)定、機(jī)體的防御和免疫反應(yīng)、疾病或中毒時導(dǎo)致的細(xì)胞損傷、老化、腫瘤的發(fā)生進(jìn)展起著重要作用,并具有潛在的醫(yī)治意義,至今仍是生物醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。
細(xì)胞自噬過多可導(dǎo)致癌癥發(fā)生,如:①愛滋病的發(fā)展過程中,CD4+T細(xì)胞數(shù)量的降低;②移植敵視反應(yīng)中,細(xì)胞毒性T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞死亡;③缺血及再灌注損傷,引起心肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞的自噬增多;④神經(jīng)系統(tǒng)退化性疾患(病、's病)的重要誘因是細(xì)胞自噬的異常降低。神經(jīng)細(xì)胞的自噬參與老化及病的發(fā)生。氏病是一種常見的老年病,病人在臨床上表現(xiàn)為進(jìn)行性的智力衰弱。⑤暴露于電離幅射可導(dǎo)致多種組織細(xì)胞的自噬。
細(xì)胞自噬過少也可導(dǎo)致癌癥發(fā)生:在癌癥的發(fā)生過程中,誘導(dǎo)自噬的基因如p53等失活、突變,而抑制自噬的基因如bCL-2等過度抒發(fā),就會導(dǎo)致細(xì)胞自噬明顯降低,在癌癥發(fā)病學(xué)中具有重要意義;針對自身抗體的淋巴細(xì)胞的自噬障礙可造成自身免疫性疾患;個別病毒能抑制其感染細(xì)胞的自噬而使病毒存活。
2.細(xì)胞自噬的形態(tài)變化
電鏡下細(xì)胞自噬的形態(tài)學(xué)變化是多階段的,可分為①細(xì)胞漿濃縮,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)體、線粒體等集聚,細(xì)胞容積縮小,結(jié)構(gòu)更加緊密;②染色質(zhì)漸漸匯聚成新月狀附于核膜周邊,嗜酸性提高。細(xì)胞核固縮呈均一的致密物,從而破裂為大小不一的片斷:③胞膜不斷發(fā)芽、脫落,細(xì)胞弄成數(shù)個大小不等的由胞膜包裹的自噬小體()。自噬小體內(nèi)可含細(xì)胞漿、細(xì)胞器和核碎片,有的不含核碎片;④凋亡小體被具有吞噬功能的細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、上皮細(xì)胞等吞噬、降解:⑤凋亡發(fā)生過程中,細(xì)胞膜保持完整,細(xì)胞內(nèi)容物不釋放下來,所以不造成發(fā)炎反應(yīng)。
左圖典型自噬小體:染色質(zhì)呈新月狀,并可見細(xì)胞器
下圖自噬細(xì)胞:自噬細(xì)胞(↑)與毗鄰細(xì)胞分離
光鏡下自噬通常累及單個或少數(shù)幾個細(xì)胞,自噬細(xì)胞呈方形,胞漿紅染,細(xì)胞核染色質(zhì)集聚成團(tuán)絮狀。因為自噬細(xì)胞迅速被吞噬,又無發(fā)炎反應(yīng),因而細(xì)胞膜圖片,在常規(guī)切塊檢測時,通常不易發(fā)覺,但在個別組織如反應(yīng)性囊腫的次級淋巴濾泡生發(fā)中心則易看到。病毒性腦炎時,嗜酸性小體產(chǎn)生即是細(xì)胞自噬。
3.細(xì)胞自噬的機(jī)制
細(xì)胞自噬是一系列依賴能量的分子水平變化的終點(diǎn),細(xì)胞自噬過程包括以下4個階段,即:誘導(dǎo)啟動、細(xì)胞內(nèi)調(diào)控、實施和自噬細(xì)胞的吞噬搬運(yùn)階段。
(1)誘導(dǎo)啟動導(dǎo)致自噬的訊號可以來自細(xì)胞外,通過跨膜傳導(dǎo)對細(xì)胞內(nèi)的調(diào)控分子起作用;也可以直接作用于細(xì)胞內(nèi)的靶分子。一些跨膜作用的抑制因子(如生長因子、某些激素、細(xì)胞因子、某些病毒蛋白等)具有抑制自噬的作用,有利于細(xì)胞的生存。當(dāng)這種因子缺少時,會迸發(fā)細(xì)胞自噬。另外一些跨膜作用的剌激因子通過受體與官能團(tuán)的結(jié)合而激活細(xì)胞自噬程序,其中最重要的是癌癥壞死因子受體家族。據(jù)悉,尚有多種其它自噬誘導(dǎo)因子。在胚胎發(fā)育過程中,形態(tài)發(fā)生蛋白、生長因子、分化因子對細(xì)胞自噬可起推動作用,又可起抑制作用。
(2)細(xì)胞內(nèi)調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的個別特異蛋白與細(xì)胞死亡訊號相聯(lián)接,這種特異蛋白對細(xì)胞的死亡與否起決定作用。BCL-2蛋白家族(BCL-2of)是調(diào)節(jié)線粒體私密性的主要成份,通過產(chǎn)生同源(BCL-2/BCL-2,Bax/Bax)和異源(BCL-2/Bax)二聚體對細(xì)胞自噬進(jìn)行調(diào)控。BCL-2同源二聚體抑制細(xì)胞自噬,Bax同源二聚體促使細(xì)胞自噬。據(jù)悉,細(xì)胞表面受體Fas(CD95),屬TNFR家族,當(dāng)免疫細(xì)胞形成的Fas的絡(luò)合物與T細(xì)胞表面的Fas結(jié)合時,也啟動了死亡程序。這些Fas-Fas官能團(tuán)介導(dǎo)的自噬在清理免疫反應(yīng)(如自身免疫病)中被激活的淋巴細(xì)胞特別重要。
足葉乙甙誘導(dǎo)癌癥細(xì)胞自噬后的梯狀DNA
(3)自噬的施行細(xì)胞自噬的施行是通過蛋白酯化的一系列連鎖反應(yīng)實現(xiàn)的。各類組織的細(xì)胞自噬都要激活家族。成員作為酶原的方式存在于細(xì)胞內(nèi),經(jīng)裂解激活后,迅速啟動序列性酶解死亡程序,裂解細(xì)胞骨架和細(xì)胞核蛋白基質(zhì)并激活了核苷酸內(nèi)切酶。在內(nèi)源性核苷酸內(nèi)切酶作用下,DNA進(jìn)行有控降解,形成厚度為180~200bp整倍數(shù)的DNA片斷,這恰好是纏繞組蛋白多聚體的厚度,提示染色質(zhì)DNA正好是在核小體與核小體聯(lián)接部被切斷。DNA瓊脂糖凝膠電泳出現(xiàn)也成為測量自噬發(fā)生的重要標(biāo)志。
(4)自噬細(xì)胞的吞噬搬運(yùn)自噬細(xì)胞碎片的表面有標(biāo)志分子(血小板反應(yīng)素、粘附糖蛋白)有利于臨近的巨噬細(xì)胞以及其他細(xì)胞的辨識、吞噬和處理。自噬細(xì)胞的吞噬搬運(yùn)過程十分有效而迅速,自噬細(xì)胞很快消失,不留痕跡,也無發(fā)炎反應(yīng)。
4.細(xì)胞自噬與壞死的區(qū)別目前覺得,細(xì)胞壞死與自噬的形態(tài)改變不同,壞死表現(xiàn)為細(xì)胞腫脹,細(xì)胞器麻木、破壞,細(xì)胞核初期無變化,晚期染色質(zhì)破碎破裂成許多不規(guī)則的小浮渣,呈簇狀,胞膜斷裂,胞內(nèi)容物釋放,誘發(fā)發(fā)炎反應(yīng)。壞死是成群的細(xì)胞死亡,而自噬通常是單個細(xì)胞的死亡,無炎性反應(yīng)。
細(xì)胞自噬與細(xì)胞壞死的區(qū)別
細(xì)胞壞死
2細(xì)胞和細(xì)胞器麻木、核染色質(zhì)邊集
3細(xì)胞膜、細(xì)胞器膜和核膜斷裂、崩解、自溶
細(xì)胞自噬
4細(xì)胞和細(xì)胞器披針形,胞質(zhì)致密,核染色質(zhì)邊集
5胞質(zhì)分絲狀凸出并產(chǎn)生多個自噬小體,并與胞體分離
6毗鄰巨噬細(xì)胞等包裹、吞噬自噬小體
自噬
壞死
機(jī)制
基因調(diào)控的程序化()細(xì)胞死亡,主動進(jìn)行(自盡性)
意外車禍性()細(xì)胞死亡,被動進(jìn)行(他殺性)
原因
生理智或輕微病理智剌激因子誘導(dǎo)發(fā)生,如生長因子缺少
病理智剌激因子誘導(dǎo)發(fā)生,如缺氧、感染、中毒
死亡范圍
多為散在的單個細(xì)胞
多為集聚的大片細(xì)胞
形態(tài)特點(diǎn)
細(xì)胞固縮,核染色質(zhì)邊集,細(xì)胞膜及各細(xì)胞器膜完整細(xì)胞膜圖片,膜可發(fā)泡成芽,產(chǎn)生自噬小體
細(xì)胞水腫,核染色質(zhì)塊狀或邊集,細(xì)胞膜及各細(xì)胞器膜溶化破壞,溶酶體酶釋放,細(xì)胞自溶
生化特點(diǎn)
耗能的主動過程,有新蛋白合成,DNA初期規(guī)律降解為180-200bp片斷,瓊脂凝膠電泳呈特點(diǎn)性梯帶狀
不耗能的被動過程,無新蛋白合成,DNA降解不規(guī)律,片斷大小不一,瓊脂凝膠電泳不呈梯帶狀
周圍反應(yīng)
不造成周圍組織增生反應(yīng)和修補(bǔ)再生,但自噬小體可被毗鄰細(xì)胞吞噬
造成周圍組織增生反應(yīng)和修補(bǔ)再生