多细胞生物自噬的分子机制和生理功能研究

陈帅

摘要：自噬，指的是一个吞噬自身细胞质蛋白或者细胞器，并使其包被进入囊泡，然后和溶酶体在融合的作用下形成自噬溶酶体，进一步降解其包裹的内容物的过程。此过程的目标是使细胞自身的代谢需要得到有效实现，并使某些细胞器的更新得到有效实现。本课题重点分析研究多细胞生物自噬的分子机制和生理功能，以期对多细胞生物自噬有更为深入的了解。

关键词：多细胞生物 自噬 分子机制 生理功能

自噬，由十九世纪五十年代由比利时科学家汀 德 迪夫在电子显微镜的条件下，通过观察发现肝脏细胞中有单层膜或双层膜的结构物质存在，这些结构中通常包括了一些细胞质成分和各类细胞器。之后托马斯阿什福德与基斯波特发现基于胰高血糖素的刺激作用下，小鼠肝细胞当中存在溶酶体包裹着处于不同降解阶段的线粒体。随着研究的进展，到1963年，由迪夫提出“自噬”的概念，这是一个“自己吃自己”的过程，其功能为分解合成过程所需的中间代谢物。为了深入了解多细胞生物自噬，本课题围绕“多细胞生物自噬的分子机制和生理功能”进行分析研究具备一定的价值意义。

1多细胞生物自噬的分子机制分析

在发现“自噬”的三十年中，由于研究体系不够完善，使得大众对自噬分子机制的了解不够深入。而到1992年，日本科学家大隅良典通过实验，基于单细胞酿酒酵母当中发现了“自噬”现象;酵母内部存在一个巨大的液泡，和动物细胞当中的溶酶体相似。大隅良典利用光学显微镜，对蛋白酶缺陷酵母进行观察，发现基于氮源缺失的条件下，液泡中有许多的自噬小泡结构存在;对于所存在的小泡来说，主要是基于胞质当中，使双层膜自噬小体有效形成，然后和液泡之间产生融合的关系;并且，基于正常酵母当中，液泡当中的蛋白酶可以快速地对该结构进行降解，因此自噬小泡的中间结构很难观察到。大隅良典通过模型的构建，结合实验得出结论：自噬是酵母存活的必要条件，通过对存活率下降的突变体进行筛选，进一步对液泡中是否存在自噬小泡聚集的突变体进行鉴定，发现ATGI中存在ATG相关基因一共15 个

与此同时，和日本科学家大隅良典处于同一时期的美国科学家丹尼尔教授，经实验研究表明，酵母液泡蛋白酶Apel的前体蛋白，由胞质转运至液泡的通路，称之为Cvt，进而通过遗传筛选鉴定获取的Aple前体运输缺陷的突变体，称之为“Cvt突变体”。此外，对于参与自噬通路的基因，即为ATG基因，这一命名在200年被广大学者所熟知，并且大部分学者认为自噬属于随机包裹一些胞内物质降解。但是，基因Cvt通路当中，对于水解酶前体运输过程，也表明自噬能够对底物进行选择性运送。之后，相关学者通过实验发现，自噬能够选择性包裹一些受损伤的细胞器及蛋白聚集体，然后进行降解。

总之，日本科学家大隅良典和相关学者对多细胞生物自噬的分子機制进行了深入的研究，也取得了一些可见的成果。比如通过酵母遗传筛选，可发现自噬相关基因有20个左右，对于介导自噬小体所形成的各个步骤，均具备自身的功能，可使自噬小体的起始、延伸以及闭合得到有效实现，当然这也属于自噬通路的核心成分。以Atg16聚合作用为例，可使双倍的Atg12—_Atg5Atg16复合体得到有效形成，对于此复合体来说，通过和Atg8以及磷脂酰乙醇胺（PE）的共轭连接，能够将泛素连接酶E3的活性体现出来。

2多细胞生物自噬的生理功能分析

在上述分析中，对多细胞生物自噬的分子机制有了一定程度的了解。而对于多细胞生物自噬的生理功能来说，主要体现在选择性自噬功能、自噬和神经退行性疾病等方面，具体表现为：

（1）选择性自噬功能。国内学者通过自噬降解PGL颗粒现象的利用，在实验过程中，构建了遗传筛选的多细胞生物自噬研究模型。经大规模筛选发现，可获取多个多细胞生物特有的自噬基因，将其称之为epg-l-ll。对于自噬降解P颗粒成分来说，表明了自噬能够对底物进行选择性降解，但是对于自噬怎样选择性对底物进行包裹的机制尚不完全明确。

（2）自噬细胞的存活及内稳态维持功能对于细胞自噬功能来说，一方面基于胁迫环境条件下，通过自噬作用，能够使一些胞质在降解的作用下形成氨基酸，使细胞存活具备充足的能量及物质，总结起来，这属于细胞自我存活的一种特性另一方面通过自噬作用能够使变性，或者错误折叠的蛋白质得到有效清除，同时使损伤或者衰老的细胞器得到有效清除，进一步使细胞的内稳态得到有效维持。

3结语

综上所述，多细胞生物自噬能够使存在功能缺陷的自噬溶酶体得到有效降解。从多细胞生物自噬的生理功能来看，存在选择性自噬功能、自噬细胞的存活促进功能以及内稳态维持功能。近年来，还有学者表示，自噬和神经退行性疾病之间存在尤为密切的关系，在WDR45/EPG6突变的条件下，会导致患者大脑认知功能存在缺陷，进一步引发神经退行性疾病。因此，加强对多细胞生物自噬的研究，不仅能够为生物学做贡献，还能够为临床工作做贡献，需重视多细胞生物自噬的分子机制和生理功能的研究。

参考文献

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