1、ISSN 1007-7626CN 11-3870/Q中国生物化学与分子生物学报 http: / /cjbmb bjmu edu cnChinese Journal of Biochemistry and Molecular Biology2014 年 4 月30( 4) : 321 327综 述 收 稿 日期 : 2013-10-04; 接受日期 : 2013-12-03国家自然科学基金 ( No 31070740) 和中央高校基本科研业务费专项资金资助*联系 人 Tel: 029-82664232; 029-82665429;E-mail: jglong126 com; j liu mail
2、 xjtu edu cneceived: October 4， 2013; Accepted: December 3， 2013Supported by National Natural Science Foundation of China ( No31070740) and Fundamental esearch Funds for Central Universities*Corresponding author Tel: 029-82664232; 029-82665429;E-mail: jglong126 com; j liu mail xjtu edu cn自 噬 发生中的 OS
3、 调节机制纪 元 ， 龙 建 纲*， 刘 健 康*(西安交通大学生命科学与技术学院，生物医学信息工程教育部重点实验室，线粒体生物医学研究所，西安 710049)摘 要 活性氧是细胞代谢中产生的有很强反应活性的分子，易将邻近分子氧化，并参与细胞内多种信号转导途径，对相关生理过程进行调控自噬是真核细胞通过溶酶体机制对自身组分进行降解再利用的过程，在细胞应激及疾病发生等过程中发挥重要作用本文对活性氧和自噬相关调节进行分类介绍，根据新近研究进展，从活性氧参与的自噬性死亡、自噬性存活以及线粒体自噬3 方面探讨了相关信号转导机制，对活性氧作为信号分子参与的自噬调控途径做一总结和介绍关键词 活性氧类; 自噬
4、; 调控中图分类号 Q257The ole of eactive Oxygen Species in AutophagyJI Yuan， LONG Jian-Gang*， LIU Jian-Kang*( Center for Mitochondrial Biology and Medicine， Key Laboratory of Biomedical Information Engineering of Ministry ofEducation， School of Life Science and Technology， Xian Jiaotong University， Xian 710
5、049， China)Abstract eactive oxygen species ( OS) are highly reactive molecules produced in cell metabolism，thus make surrounding molecules vulnerable to oxidation OS are involved in various intracellular signaltransduction pathways， and are believed to be important regulators of physiological proces
6、ses Autophagyis the degradation and recycling of components in eukaryotes through the lysosome system， and is a keyplayer in cellular response to stress and the pathogenesis of related diseases In this paper we reviewedthe latest studies about OS and autophagy-related regulation， focusing on autopha
7、gy modulationmediated by OS as signal molecules， especially on signal transduction mechanisms involved in OS-induced autophagic cell death， autophagic cell survival and mitophagyKey words OS; autophagy; regulation活 性 氧类 ( reactive oxygen species， OS) 是生物体在有氧代谢过程中产生的含氧活性化合物的总称 在过去很长一段时间里 ， 人们普遍认为 ， O
8、S 只是代谢的副产物 ， 且对细胞具有毒性作用 但近年来研究表明 ， OS 能够作为信号分子 ， 在细胞内多种信号转导途径中发挥重要作用 自噬 ( autophagy) 是一个细胞自身结构通过溶酶体机制被分解的过程 ，帮助细胞维持合成降解循环的平衡 而 OS， 特别是线粒体源性 OS， 在细胞自噬调节中参与了信号传递过程 本文将对 OS 和自噬的关系进行讨论 ，并对相关研究进展做一总结 1 OS 和 氧 化应激OS 是 一 些含氧的 、性质活泼且存在时间短的分子的总称 1 OS 从 本 质上可分为两大类型 ， 自由基型和非自由基型 前者有至少 1 个未成对电子 ，例如超氧阴离子 ( O2-)
9、和 羟 自由基 ( OH) 后 者 虽不具有未成对电子但是性质活泼 ， 并且能产生自由基型 OS， 例如过氧化氢 ( H2O2) 和 单 线态氧 (1O2) 依 据 来源不同 ， OS 可以分为外源性和内源性中国生物化学与分子生物学 报 第 30 卷两 种 外 源性 OS 可由体外因素如污染物 、烟草 、药物 、辐射等在体内发生作用而产生 ， 例如体内水在电离辐射情况下 ， 会产生羟自由基和和过氧化氢 ; 也可以直接作为活性分子从体外引入 ， 例如直接加入细胞中的 H2O2 而 内 源性 OS 主要是细胞内正常代谢过程中的各类分子自主产生 在细胞内 ， OS 有许多潜在的产生源 线粒体作为细胞
10、进行氧化呼吸的主要场所 ， 是 OS 的重要来源之一 在线粒体内膜的氧化呼吸链上 ， 电子在由还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 ( NADH) 或者还原型黄素腺嘌呤二核苷酸 ( FADH2) 向 细 胞色素 C 传递的过程中 ， 主要会在复合物 ( complex ) 和复合物 ( complex ) 上与氧分子反应形成超氧化物 细胞内 OS 的另外 1 个来源是一族依赖 NADPH 发挥活性的膜结合酶 2 除 此 之外 ， 胞内 OS 的来源还包括一些胞内酶 ， 包括黄嘌呤氧化酶 、环氧化酶 、细胞色素 P450 和脂肪氧化酶等 在这些位点形成的初始 OS 是超氧化物 ， 会自发歧化或经超氧化物歧
11、化酶 ( SOD) 催化生成过氧化氢 过氧化氢是 OS 的一种较稳定存在形式 ， 可以跨膜转移 另一方面 ， 过氧化氢在金属离子存在的条件下 ， 通过芬顿反应( fenton reactions) 会转化成羟自由基 而羟自由基性质极活泼 ， 易与周边分子相互作用 ， 对其进行修饰 适量 OS 可以作为信号分子参与信号转导途径 ， 调节细胞的生长 、分化 、存活过程 ， 参与炎症反应和免疫反应 3 但 过 量 OS 会使细胞内重要的生物分子发生氧化损伤 即累积的 OS 会导致氧化应激( oxidative stress， OS) ， 使胞内 DNA、脂质或蛋白质功能改变 ， 损害细胞结构和功能的
12、完整性 且被氧化损伤的生物分子还易在胞内沉积 ， 形成脂褐素等有害物质 ， 导致细胞代谢减缓 、活性降低 ， 甚至死亡 4因此 ， 为了维持细胞内氧化还原的稳态平衡 ， 哺 乳动物细胞内存在两大类系统来清除过量 OS 一类是酶抗氧化系统 ， 包括一系列 OS 清除酶 ， 如超氧化物歧化酶 、谷胱甘肽过氧化物酶 、硫氧还蛋白和过氧化氢酶等 ; 另一类是非酶抗氧化系统 ， 即一系列具有还原活性的非酶分子 ， 包括谷胱甘肽 、维生素 C、维生素 E、-胡萝卜素和 -硫辛酸等 2 自 噬真核细胞中主要存在两大类蛋白降解循环系统 一类是针对可溶性蛋白的泛素 -蛋白 酶体系统( ubiquitin-pro
13、teasome system) ; 另一类就是自噬 -溶酶体系统 ( autophagy-lysosome system) ， 可溶性蛋白 、不可溶物以及细胞器都可经由此途径降解清除 2. 1 自噬分类自噬 ， 就是指细胞通过溶酶体内的水解酶 ， 将受损或多余的自身结构分解 ， 以便对其组分进行循环再利用的过程 在哺乳动物细胞内 ， 已知的自噬可分为以下 3 种类型 : 巨自噬 ( macroautophagy) ， 微自噬( microautophagy ) 和 分 子 伴 侣 介 导 的 自 噬( chaperone-mediated autophagy， CMA) 其中 ， 巨自噬是主要
14、途径 ， 其形态学标志是双层膜自噬囊泡的形成及其与溶酶体的融合 在此过程中 ， 待清除的细胞组分被内质网或高尔基体分离出的双层膜囊泡包裹 ， 形成自噬小体 ( autophagosome) ， 再与溶酶体接触并融合 ， 将内容物释放入溶酶体内部 ， 形成自噬溶酶体 ( autolysosome) ， 继而通过内部的酶将细胞组分降解 微自噬则不形成自噬小体 ， 是由溶酶体膜直接内陷 ， 将细胞组分吞入并水解 分子伴侣介导的自噬相对具有很强的选择性 ， 会由专门的分子伴侣复合体识别特定的氨基酸序列 ， 即赖氨酸 -苯丙氨酸 -谷氨酸 -精氨酸 -谷氨酰胺 ( KFEQ) 序列 该分子伴侣复合体是由
15、热激关联蛋白 70( heat shock cognate 70，Hsc70) 和一系列共同分子伴侣组成的 之后 ， 底物 -分子伴侣复合体会与溶酶体表面的受体 ， 即溶酶体结合性膜蛋白 ( lysosome-associated membrane protein2A， LAMP2A) 作用 ， 从而定位到溶酶体上 5 最 终 ，底物被溶酶体接收并内化降解 2. 2 自噬调节自噬的发生由一组专门基因完成 这一组基因被称为自噬相关基因 ( autophagy-related gene， Atg) ，在酵母细胞中已有深入研究 ， 并在大部分哺乳动物细胞内得到了确认 目前已知的这类基因 ( Atg1
16、，Atg2， Atg3 等 ) 超过 30 种 ， 其产物会参与自噬的各个过程 ， 包括双层膜自噬小体的形成与成熟 ， 以及自噬小体与溶酶体的最终协调融合过程 6自 噬 的诱导受到 mTO 复合物 1( mammaliantarget of rapamycin complex 1， mTOC1) 的严格调控 该复合物为丝氨酸 /苏氨酸蛋白激酶 ， 由 mTO、mTO 调控相关蛋白 ( regulatory associated protein ofmTO， APTO ) 、mammalian ortholog of LST8( mLST8， 又 名 GbL) 和 富 脯 氨 酸 AKT 底 物
17、 40( proline-rich AKT substrate 40 kDa， PAS40) 构成 7 mTOC1 激活会通过磷酸化作用使 unc-51-like kinase1/2 ( ULK1/2) 和 Atg13 失活 ， 是 一个抑制自噬的强烈信号 8 而 mTOC1 本身的激活依赖于1 个 小 分子 G 蛋白 ， ras homologue enriched in brain223第 4 期 纪 元等 : 自噬发生中的 OS 调 节 机制( heb) heb 又 受 到 具 有 GTP 酶 激 活 活 性 的TSC1、TSC2( tuberous sclerosis) 蛋白的负向调控
18、 因此 ， TSC1/2 的失活能够激活 heb 和 mTOC1， 进而抑制自噬过程 mTO 会参与对细胞外多种信号刺激的应答过程 ， 传递众多调节信号 其中 ， 最具代表性的信号途径是蛋白激酶 B( protein kinase B， PKB/Akt) 和 5磷酸腺苷活化蛋白激酶 ( 5 AMP-activated proteinkinase， AMPK) 对 mTO 的调控过程 9 原 癌 基因产物 Akt 是一个可以被 OS 修饰的激酶 Akt 途径中一个较清楚的激活机制是张力蛋白同源磷酸酶( phosphatase and tensin homologue， PTEN) 的 氧化 10
19、 Akt 的 激 活会导致 TSC2 和 PAS40 的磷酸化及失活 ， 进而激活 mTOC1， 抑制自噬 另一方面 ，AMPK 作为维持细胞能量平衡的重要分子 ， 会对低ATP 水平产生响应 ， 其活化会激活细胞内补充 ATP的信号通路 ， 包括脂肪酸氧化分解和自噬 AMPK 会激活 TSC1/2， 进而抑制 heb， 进一步产生对于mTOC1 抑制作用 ， 因此对自噬具有促进性 除此之外 ， AMPK 还会通过直接磷酸化激活 ULK1 来激活自噬 ， 而 mTO 活性升高时就会阻碍 ULK1 与AMPK 的相互作用 ， 抑制 ULK1 的磷酸化 11 因 此 ，在自噬调节过程中的 AMPK
20、/Akt/mTO 通路中 ， Akt和 AMPK 会通过不同分子路径 ， 经由 mTO 对自噬进行不同的调节 ， 以维持其平衡 Foxo 家族是自噬调节中的另一类重要分子 Foxo 家族是 Fox( forkhead box) 家族的一个亚族 ， 属于转录调节因子 Foxo 有多个苏氨酸和丝氨酸磷酸化 位 点 ， 在上游受磷脂酰肌醇 3 激 酶( phosphatidylinositol 3-kinase， PI3K) 和 Akt 的磷酸化级联通路调控 一方面 ， Foxo 会通过增加一些自噬相关基因的表达来对自噬进行调控 ， 比 如GABAAPL1， ATG12， BNIP3 和 Becli
21、n 1 12; 另 一 方面 ， 最近的研究显示 ， Foxo 也可以在一定条件下激活后通过干预自噬相关蛋白的方式参与调节 ， 比如以依赖于谷氨酰胺合成酶的方式阻止 mTO 向溶酶体膜的转运 ， 从而抑制了 mTO 发挥活性 ， 促进自噬发生 133 OS 参与的自噬调控自噬对于细胞具有双重作用 ， 既能保护细胞又能 导致细胞死亡 14 目 前 已知 ， 在 OS 和自噬之间有着一系列复杂的信号传递和相互作用来调节自噬在细胞应激过程下的响应 二者间有着相互制衡作用 ， OS 能够参与自噬的诱导产生 ， 而反之自噬也可作为一个缓冲系统来控制 OS 的水平 153. 1 OS 参与自噬性存活最近的
22、研究显示 ， 线 粒 体产生的 OS 在调节饥饿诱导的自噬过程中发挥了重要作用 饥饿状态下自噬的激活能降低细胞的生存消耗 ， 加强营养素的回收重利用 ， 利于在营养素缺乏情况下细胞的存活 实验结果显示 16， 在氨 基酸饥饿状态下 ， 经 型 PI3K 途径由线粒体产生的局部 H2O2量 会 增加 ，进而影响半胱氨酸蛋白酶 Atg4 的活性 Atg4 是自噬过程中不可缺少的蛋白之一 ， 会对泛素样蛋白家族中的 Atg8 进行修饰和调节 而 Atg8 在自噬小体的形成和成熟过程中起到至关重要的作用 Atg8 在细胞中有胞质游离和膜结合两种存在形式 其中膜结合形式是 Atg8 通过酰胺键与膜脂质磷
23、脂酰肌醇( phosphatidyl ethanolamine， PE) 结合形成 ， 这样的暂态结合对自噬小体形成过程中的扩张非常重要 17 新合 成的 Atg8 需要由 Atg4 对 C 端最末的氨基酸残基进行切割 ， 暴露出甘氨酸残基后才能与 PE结合 18， 即 初 加工 自噬小体成熟后 Atg8 会被 Atg4切割 ， 从膜上脱落回到游离形式 Atg4 催化位点附近有 1 个关键半胱氨酸残基 ， 若被氧化则会抑制其切割去脂的催化活性 但同时 Atg4 对 Atg8 的初加工并未改变 这就会产生一个依赖于 OS 的过程 ，即在线粒体附近 Atg8-PE 在自噬小体膜上累积 ， 对自噬小
24、体第一步的形成起到促进作用 另有研究发现 ， 细胞内 OS 水平对自噬的调节也涉及到 1 个 p53 的诱导蛋白 ， TP53 诱导糖酵解和细胞 凋 亡 调 节 因 子 ( TP53-induced glycolysis andapoptosis regulator， TIGA) 19 TIGA 是 果 糖 -2， 6-二磷酸酶 ， 通过将糖分解的代谢的中间产物重导向至戊糖磷酸途径的氧化分支 ， 可以增加 NADPH 的产生 ， 从而降低细胞内 OS 的水平以及细胞对凋亡相关氧化应激的敏感性 降低 TIGA 的基础表达水平能刺激 OS 的产生以及自噬过程发生 ， 且这一途径并不依赖于 mTO
25、和 p53 20 TIGA 丧 失 所导致的自噬激活具有细胞保护性 ， 通过清除渗漏 OS 的线粒体等方式 ， 抑制进一步的氧化应激 ， 减少细胞的凋亡反应 p53 亦可诱导 1 个促自噬基因损伤调节自 噬 调 控 因 子 ( damage-regulated autophagymodulator， DAM) ， 但 TIGA 的作 用独立于这一过程 21 这 些 结果说明 ， p53 可以通过调节 2 个作用相反的蛋白之间的平衡来控制饥饿诱导的自噬水平 ， DAM 会刺激自噬 ， 而 TIGA 会通过降低 OS323中国生物化学与分子生物学 报 第 30 卷水平来减缓自噬进程 此 过 程也与
26、 OS 的作用模型相一致 ， 即 OS 作为自噬过程的上游信号分子发挥作用 ， 而反之自噬的激活又会清除渗漏 OS 的线粒体 ， 进而限制胞内的 OS 水平 Foxo 家族在保护性自噬中也发挥一定的作用 Foxo1 出核转运会招募 Atg 蛋白 ， 促进自噬小体形成的起始 ， 而 Foxo3 则会作用于自噬相关基因促进自噬体形成 22 细胞在特定应激过程中 ， 会通 过 Foxo3相关途径增加谷氨酰胺合成酶表达 ， 使谷氨酰胺产量升高 ， 促进自噬发生 ， 提高细胞存活率 ， 因为抑制此自噬过程会增加细胞凋亡 13 最新研究也发现 ，在 造 血干细胞 ( haematopoietic stem
27、 cell， HSC) 饥饿和代谢应激状态下 ， 会通过 Foxo3A 维持一定的基因表达过程 ， 诱导自噬的发生和持续 ， 以缓解能量危机 ， 保障细胞生存 23除了在细胞饥饿状况下会出现保护性自噬外 ，在 抗 癌药物的研究中也发现了细胞自噬的保护作用 如在胰腺癌细胞中 ， OS 就能够增强 NFB 活性 ， 最终使糖化终末产物受体 ( receptor for advancedglycation end products， AGE) 过表达 ， 而 AGE 水平上调又会增强保护性自噬 ， 减弱凋亡 ， 降低了细胞的氧化损伤且增强了其药物抗性 24 棉 酚 衍生物apogossypolone
28、 ( ApoG2) 在肝癌细胞中会刺激 OS产生 ， 通过 Beclin 1 途径增强自噬 ， 且会抑制 mTO;若阻断 OS 相关自噬途径则会使 ApoG2 导致的细胞杀伤与凋亡增强 ， 说明自噬起到了一定保护作用 25 相似结果也出现在奥 沙利铂对大肠癌细胞的影 响中 26， 药物会经由内质网应激相关途径刺激OS 产 生 ， 诱 导自噬 ， 而干扰自噬会增强细胞死亡 此类结果说明 ， 在癌细胞中自噬可能作为一种保护机制来降低氧化损伤 ， 提升其耐药性 另一方面也说明 ， 抗氧化剂可能会通过阻断相关自噬途径达到提高药物杀伤力 ， 增强癌细胞死亡的效果 3. 2 OS 参与调节自噬性死亡在饥饿
29、诱导的情况下 ， OS 所介导的自噬激活主要发挥细胞保护作用 但在某些情况下 ， OS 也会诱发细胞损伤 ， 以及参与一些信号转导途径 ， 导致细胞发生自噬性死亡 ， 也被称为 型细胞死亡 例如 ， 在神经生长因子 ( nerve growth factor， NGF) 缺陷的交感神经元中 ， 撤销外源补给所致的神经生长因子缺乏会导致 OS 水平升高 ， 进而引起脂质过氧化及线粒体内膜上心磷脂丧失 ， 细胞发生自噬性死亡 27 在 另 一项研究中 ， 在炎性转录因子 NFB 信号通路缺陷的尤文氏肉瘤细胞 ( Ewing sarcoma cell)中 ， 以肿瘤坏死因子 ( tumor necr
30、osis factor ， TNF-) 刺激 ， 会使得线粒体产生的 OS， 更具体的说是H2O2的 积 累 ， 进而导致 c-jun 氨基末端激酶 1 ( c-jun N-terminal kinase， JNK1) 的持续激活 ， 诱发细胞的自噬性死亡 28 在 NFB 受 抑 制的情况下 ， 自噬的诱导发生与 mTO 活性抑制 、Bcl-2 表达丧失以及Beclin 1 表达上调相关联 在 NFB 正常的细胞中会通过 OS 介导的 mTO 途径激活对细胞的自噬发生进行抑制 以 siNA 干扰 Beclin 1 和 Atg7 的表达 ，可以阻止细胞对 TNF- 产生的自噬性死亡响应 28这
31、 表 明 ， 阻断 OS 介导的自噬能够通过 NFB 途径来抑制 TNF- 诱导的细胞死亡 一些抗癌剂和电离辐射也会激活自噬和自噬性死亡 ， OS 也参与了此类过程 在人结肠癌细胞中 ，姜黄 素 ( curcumin) 会 促 进 microtubule-associatedprotein 1 light chain 3 ( LC3) 蛋 白 的 转 化 ， 以 及sequestome-1( SQSTM1) 等自噬小体标志物的降解 ，表明其诱发了自噬及自噬降解过程 ， 最终导致了细胞死 亡 并 且 抗 氧 化 剂 N-乙 酰 半 胱 氨 酸 ( N-acetylcystein， NAC) 对此
32、过程的阻断 ， 说明姜黄素诱发 OS 的产生对诱导自噬发生起到重要作用 29另 有 研究表明 ， OS 所触发的自噬也可能与细胞凋亡相 关 同是对于人结肠癌细胞 ， 白 藜 芦 醇( resveratrol) 会增加半胱天冬酶 8 ( caspase 8) 和caspase 3 的切割激活 ， 从而诱发细胞凋亡 ， 自噬囊泡的出现以及 LC3 活性形式 ( LC3-) 的增加 ， 说明自噬也同时发生 ; 以 3-甲基腺嘌呤抑制自噬会使凋亡水平下降 ， 反之抑制凋亡则会升高 LC3-水平 ，说明此时凋亡是由自噬诱发的 ， 而白藜芦醇引起的OS 量升高与 caspase 8 和 caspase 3
33、 的激活以及LC3-均相关 ， 因为 NAC 会减弱此效应 30 在魏 菲灵 A 和多柔比星对卵巢癌细胞的协同作用中 ， 也发现了类似的 LC3-水平升高 ， caspase 3 激活增加等细胞自噬和死亡增多的效应 ， 同样与 OS 参与的自噬相关 31 当 然 ， OS 参与的自噬调控并非一定会参与细胞凋亡途径 仅在癌细胞中相关自噬都会起到的复杂的作用 ， 其效果可能会因肿瘤类型和其环境因素影响而有所不同 32 新 近 研究显示 ， 具有抗癌效应的螺缩酮化合物 Pe-C( peneciraistin C) 在肺癌细胞中会提升线粒体源性 OS 水平 ， 诱发与caspase 无关的自噬性细胞死
34、亡 ， 而阻断自噬会使Pe-C 转而触发 caspase 相关途径的细胞凋亡 ; 抗氧化剂能够逆转此过程中 OS 产生 ， 达到阻止细胞死亡的效果 33423第 4 期 纪 元等 : 自噬发生中的 OS 调 节 机制同 理 ， Foxo 也并不只参与细胞保护性自噬 例如 ， 在乳腺癌细胞中 ， 植物成分异硫氰酸苄酯会诱发细胞自噬性死亡 ， 此过程中有几种典型的自噬特征 ，包括双层囊泡形成 ， 酸性囊状胞器出现等 ; 而自噬的发生与 Foxo1 的表达及乙酰化增加相关联 ， 即异硫氰酸苄酯诱导的细胞死亡涉及 Foxo1 介导的自噬过程 34另 外 ， 外 源加入的 H2O2可能无法模拟细胞内自主
35、 产生的 H2O2信 号 特性 一项研究显示 ， 外源加入的 H2O2增加了超氧化物的产生 ， 但 没 有升高细胞内的 H2O2水 平 35 此 外 ， 饥 饿诱导的自噬水平 ，线粒体电子传递链抑制剂 ， 或外源性加入的 H2O2，与 超 氧化物的产生及 H2O2水平的下降相关联 通过 SOD2 的过表达来清除 O2-会 抑 制自噬 ， 并且会增加 H2O2水平及饥饿诱导的细胞死亡 反 之 ， 加 入线粒体电子传递链抑制剂和 SOD2 拮抗剂 ， 自噬与细胞死亡均会增强 35下图通过简单图示 ， 对 OS 参 与 的部分相关自噬调控路径做一简略总结 Fig 1 egulation of aut
36、ophagy by OS OS canbe produced by endogenous and exogenous factors OScan influence autophagy through different pathway，depending on the generation source， OS species andproduction The classical pathways include PI3K-Akt-mTO and AMPK-mTO Other important molecules arealso involved， such as Atg protein
37、s， Foxo and JNKAutophagy may lead to cell death or survival，respectively Mitophagy is a selective form of autophagyaiming at mitochondria3. 3 OS 相关自噬与线粒体如前 所述 ， 线粒体是细胞内重要的产能细胞器 ，也是 OS 的主要产生源 ， 因此线粒体自身的结构 、功能和动态变化以及线粒体源 OS 都与自噬过程息息相关 线粒体是一个动态变化的细胞器 ， 会因细胞内外因素变化而改变其数量 、大小 、形状和分布状况 ; 而对于线粒体的周转代谢 ， 细胞自噬
38、是一个最主要的途径 36 若自噬功能出现障碍 ， 则 可 能会引起线粒体功能异常 ， OS 产生过量并对线粒体本身和其它细胞组分造成损害 如在自噬基因缺陷的酵母细胞中 ， 饥饿会引发 OS 积累过量 ， 导致呼吸功能低下 ， 线粒体 DNA 损失 ， 最终导致细胞死亡 ; 而自噬功能正常的酵母细胞则能在饥饿状态下增加 OS清除酶 ， 保持存活 37 我 们 新近研究结果也显示 ， 过量的 OS 引起的氧化应激会使心肌细胞出现自噬缺陷 ， 线粒体也会出现功能缺陷 ， 并且出现与线粒体DNA 数目无关的数量积累 38 针对线粒体所进行的特异性自噬被 称为线粒体自噬 ( mitophagy) ， 是
39、维持线粒体本身以及整个细胞稳态的关键 39 反 之 ，线粒体也为自 噬调控提供了分子信号传递的平台 因此 ， 线粒体与自噬间有着紧密联系 ， 二者相互依存 ， 在细胞对各类刺激的响应以及代谢平衡的维持中发挥着重要作用 线粒体自噬对维持适当的细胞功能至关重要 ，目前各类研究已经提出 ， 线粒体自噬在红细胞终末分化 、神经退行性疾病 、缺血或药物引起的组织损伤中发挥了关键作用 线粒体自噬的发生需要一般性自噬的诱导以及线粒体的特异性识别两步 第一步典型自噬的诱导与前述相同 ， 需要 Atg 蛋白 ， 还涉及受损线粒体产生的 OS 引起的 mTO 抑制 ， 以及ATP 损耗引起的 AMPK 激活 第二
40、步线粒体识别涉及多重机制 ， 可为 Parkin 依赖性或非依赖性 ， 可由Pink1-Parkin 信号通路或者线粒体自噬受体 Nix 和Bnip3 介导发生 40 OS 被视为一般自噬的信号 ， 线粒体源性和外源性 OS 都 能诱导自噬小体的形 成 在特异性的线粒体自噬中 ， OS 可能也是影响因素之一 例如 ， 通过线粒体针对性光敏剂使线粒体基质中 OS 水平上升会造成线粒体膜电位下降 ， 进一步激活经由 PAK2 途径的线粒体自噬 41 在 小 鼠心肌细胞中 ， 血管紧张素 也会引起线粒体 OS 水平上升 ， 使得线粒体膜电位下降 ， 造成线粒体蛋白损伤以及线粒体 DNA 缺失 ， 进
41、而会诱发线粒体自噬和线粒体合成信号增强 42 这 说 明 OS 可能也是线粒体自噬的信号 ， 会促进自噬对于受损线粒体的清除 ，防止氧化损伤加剧 ， 并对线粒体进行新的补充 ， 以便恢复能量产生功能 但 OS、线粒体 、线粒体自噬和非特异性自噬间的关系并不单一 异常的自噬增强也可能会对线粒体功能产生损害 例如 ， 我们研究发现 ， 在 GK 大鼠糖尿病模型中 ， 骨骼肌细胞的糖代谢523中国生物化学与分子生物学 报 第 30 卷受 损 ， 氧 化应激增强 ， 且线粒体功能也会出现障碍 ，而这一系列机能障碍与一些自噬相关蛋白的表达增强有关 ， 如 LC3、Beclin1 和 DP1 43， 说明
42、 这些功能障碍与增强的自噬相关联 ; 而表没食子儿茶素没食子酸酯 ( EGCG) 可以通过下调 OS-EK/JNK-p53 途径减轻此类过度自噬 ， 改善线粒体等的功能障碍 ， 缓解代谢异常 43 另有 证据 44显示 ， 线 粒体自噬也可能不是单纯由线粒体受损引发的 ， 而是参与了非特异性自噬的调控 ， Atg32、Atg11 等线粒体自噬基因的缺陷会降低甚至阻碍自噬活性 ， 说明线粒体变化诱发的一般自噬响应会受到线粒体自噬因子的控制 综上所述 ， 研究表明 ， 在细胞应激或接收到死亡受体信号的情况下 ， OS 会作为自噬的正向调节因子发挥作用 ， 同时自噬的激活也会反过来对 OS 水平产生
43、影响 ， 对氧化应激或遏制或增强 而 OS 介导的自噬所发挥的具体作用也取决于应激的种类 、OS 的量以及存在类型和位置等 4 问 题 和展望自噬是真核细胞中普遍存在的一种生命现象 ，且与细胞的生长分化增殖以及多种疾病的发生密切相 关 OS， 特别是线粒体来源的 OS， 则被证实在某种程度上并非是不受调节的代谢副产物 ， 而是能够参与多种细胞信号传递过程的信号分子 ， 其中包括自噬的调节 OS 可以通过氧化还原作用改变特定酶的活性 ， 从而参与自噬调控过程 不同状况下 ，OS 介导的自噬会产生不同效果 ， 发挥细胞保护作用或导致自噬性细胞死亡 自噬过程与帕金森症 、阿兹海默症 、糖尿病 、动脉
44、粥样硬化和癌症等疾病都有一定相关性 ， OS 即可以作为研究和治疗这些疾病的一个介入点 例如 ， 血清趋化素 ( chemerin) 能促进血管内皮细胞的血管生成活性 ， 此过程中存在线粒体 OS 量上升 ， LC3、Beclin1 和 Atg7 等蛋白水平的升高 ， 分析说明 OS 和自噬对于血管生成过程有一定作用 ， 可能与心血管疾病相关联 45 但 目 前对OS 参与的自噬调控路径研究并不透彻 ， 还有许多细节有待于进一步深入探索 参考文献 ( eferences)1 Dewaele M， Maes H， Agostinis P OS-mediated mechanisms ofauto
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