生物治疗国家重点实验室 生物治疗协同创新中心 电话：86-13258370346 邮箱：hcanhua@hotmail.com 自噬 Autophagy 四川大学华西医院 生物治疗国家重点实验室 生物治疗协同创新中心 电话：86-13258370346 邮箱：hcanhua@hotmail.com

自噬概述 自噬通路 自噬检测 自噬与肿瘤 1 2 1. 起始 3 4

自噬概述 自噬是什么 “自己吃自己”（“Self-eating”） 分解代谢途径 回收利用途径 lead to the elimination of cytoplasmic components by delivering them into mammalian lysosomes or plant and yeast vacuoles Starvation is the classical autophagy stimulus that induces the degradation of intracellular components to generate metabolites essential to maintain cell viability (Fig. 2a), which are used to fuel mitochondrial respiration and ATP production59,60. In yeast, amino acids generated by autophagy can be used to sustain new protein synthesis and to maintain mitochondrial functions under nutrient deprivation61. Amino acids gen- erated in the liver by autophagy are used for gluconeogenesis to maintain systemic glycemia under starvation (Fig. 2a)62. Moreover, in addition to the activity of hepatic triglyceride lipases, the selective degradation of lipid droplets in the liver by autophagy also produces free fatty acids from triglycerides Boya P et al., Nat Cell Biol. 2013, 15(7):713-20

自噬概述 自噬的分类 巨自噬(macroautophagy) 微自噬(microautophagy) 分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy) 15 Mizushima N et al., Nature. 2008, 451(7182):1069-75.

自噬膜泡来源（Sequestering membrane） 自噬概述 自噬的区别：我们主要研究巨自噬 巨自噬 微自噬 分子伴侣介导的自噬 包裹过程（Engulfment） 存在 不存在 自噬膜泡来源（Sequestering membrane） 非溶酶体 溶酶体 — 是否需要受体介导 不需要 需要 底物 细胞质中所有类型的细胞器和蛋白质 存在KFEQR标记的蛋白质 15 Cuervo AM et al., Trends Cell Biol. 2004, 14(2):70-7.

2 自噬通路

自噬通路 自噬关键步骤： 激活前起始复合物 激活起始复合物 促进自噬泡的形成，激活类泛素化系统 促进自噬泡的延伸并闭合成为自噬体 消化分解内容物，小分子物质再利用 上游信号 前起始复合物 起始复合物 类泛素化系统 囊泡溶解消化

自噬通路 自噬上游信号： 前起始复合物 细胞感受压力（如饥饿、生长因子缺乏、病原体感染、氧化应激等），通过信号级联反应，激活前起始复合物 类泛素化系统 囊泡溶解消化 15 前起始复合物 细胞感受压力（如饥饿、生长因子缺乏、病原体感染、氧化应激等），通过信号级联反应，激活前起始复合物 He et al., Annu Rev Genet. 2009, 43: 67–93.

自噬通路 前起始复合物： 激活的mTOR磷酸化ATG13，导致其与ULK的解离 上游信号 前起始复合物 起始复合物 类泛素化系统 囊泡溶解消化 激活的mTOR磷酸化ATG13，导致其与ULK的解离 去磷酸化的ATG13与ULK、ATG101和FIP200结合，形成前起始复合物，激活下游的起始复合物。 Nakatogawa et al., Nat Rev Mol Cell Biol. 2009, (7)10:458-67

自噬通路 起始复合物： 前起始复合物磷酸化Beclin1，促进起始复合物的形成从而激活下游类泛素化系统 上游信号 前起始复合物 起始复合物 类泛素化系统 囊泡溶解消化 前起始复合物磷酸化Beclin1，促进起始复合物的形成从而激活下游类泛素化系统 Bcl-2能够与Beclin1结合，抑制起始复合物的形成。 Beth Levine et al., cell. 2007, 128(5):931-46.

自噬通路 类泛素化系统： 上游信号 前起始复合物 起始复合物 类泛素化系统 囊泡溶解消化 15 在类泛素系统作用下，LC3被酯化生成 LC3-II，并锚定于自噬泡的双层膜结构上。它能够招募其它的相关蛋白，促进自噬泡双层膜结构的延伸，最终闭合成为自噬体。 Green DR et al. Cell. 2014, 157(1):65-75.

自噬通路 自噬性降解： 自噬体 溶酶体 自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，内含物会在溶酶体酶的作用下被消化分解为小分子物质。 上游信号 前起始复合物 起始复合物 类泛素化系统 囊泡溶解消化 自噬体 溶酶体 15 自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，内含物会在溶酶体酶的作用下被消化分解为小分子物质。 被分解而生成的可溶性小分子物质，能透过溶酶体膜进入细胞质基质，重新参与细胞的物质代谢。

自噬通路 自噬通路归纳： E3 Green DR et al. Cell. 2014, 157(1):65-75. 生理功能： 自噬体 溶酶体 自噬溶酶体 自噬泡 融合 消化 延伸 生理功能： 营养和能量维持稳态 损伤细胞器的清除 聚集蛋白的清除 胞内病原菌的清除 Green DR et al. Cell. 2014, 157(1):65-75.

3 自噬检测

自噬的研究方法 电子显微镜检测： 不足之处： 自噬溶酶体 自噬溶酶体 自噬体 自噬体 在晚期形成的自噬溶酶体中，膜性结构包裹着处于不同降解阶段的细胞器，很难识别内容物来源，与胞内其他膜性结构难以区分，使得鉴别自噬体和其他内吞结构比较困难。 Klionsky DJ et al., Autophagy. 2012, 8:4, 445–544.

自噬的研究方法 荧光显微镜检测： 不足之处： GFP-LC3在过表达或与其他易聚集蛋白共同表达时都容易聚集，而不仅仅是自噬被诱导时。 Klionsky DJ et al., Autophagy. 2012, 8:4, 445–544.

自噬的研究方法 LC3酯化检测： 不足之处： LC3的丰度具有细胞和组织特异性。 LC3-II在一些非自噬体的膜泡结构上也有分布。 Klionsky DJ et al., Autophagy. 2012, 8:4, 445–544.

自噬的研究方法 自噬激活时，LC3-Ⅰ在泛素样反应酶的作用下与磷脂酰乙醇胺偶联生成LC3-Ⅱ。通过免疫印迹法检测其表达水平，以反映自噬体的数量。 Daniel J. Klionsky et al., Autophagy 8:4, 445–544; April 2012.

自噬的研究方法 p62检测： P62能够同时结合泛素和LC3，从而将被泛素标记的蛋白募集至自噬体中。 Klionsky DJ et al., Autophagy. 2012, 8:4, 445–544.

Induction of autophagy 自噬的研究方法 mRFP-GFP-LC3双荧光体系： Induction of autophagy GFP在酸性环境中易淬灭，而RFP相对稳定。 若自噬流被阻断，自噬体无法与溶酶体融合，GFP不接触酸性环境，可观察到绿光+红光=黄光 若自噬流未阻断，GFP淬灭，可观察到红光 Klionsky DJ et al., Autophagy. 2012, 8:4, 445–544.

4 自噬与肿瘤

自噬与肿瘤 自噬与多种疾病相关，并在肿瘤的发生发展过程中具有两面性。 自噬可能对肿瘤细胞同时具有杀伤作用和保护作用。 神经退行性疾病 自噬与多种疾病相关，并在肿瘤的发生发展过程中具有两面性。 自噬可能对肿瘤细胞同时具有杀伤作用和保护作用。 神经退行性疾病 肌肉疾病 肿瘤 衰老 15 肝脏疾病 感染与免疫 心血管疾病 Mizushima N et al., Nature. 2008, 451(7182):1069-75.

自噬与肿瘤 自噬在肿瘤发生发展过程中的两面性 在正常组织中，自噬介导的损伤修复机制能抑制肿瘤的形成 4 在正常组织中，自噬介导的损伤修复机制能抑制肿瘤的形成 在肿瘤细胞中，自噬介导的大分子回收利用机制能帮助抵抗外界压力，为肿瘤的生存提供能量与原料 White E et al., Nat Rev Cancer. 2012, 12(6):401-10.

自噬与肿瘤 根据自噬的两面性，采用对应的抗肿瘤策略 抗癌药物诱导癌细胞发生自噬性细胞死亡，从而抑制肿瘤。 15 抗癌药物诱导癌细胞发生自噬性细胞死亡，从而抑制肿瘤。 利用自噬抑制剂阻断抗癌药物诱导的保护性自噬，从而增强抗癌药物的药效。 Kondo Y et al., Nat Rev Cancer. 2005, 5(9):726-34

自噬与肿瘤 通过诱导自噬治疗肿瘤的药物 药物可诱导肿瘤细胞发生细胞自噬性细胞死亡，从而抑制肿瘤的发生发展。 药物名 作用靶标 癌症类型 乳腺癌 恶性神经胶质瘤 卵巢癌 结肠癌 15 药物可诱导肿瘤细胞发生细胞自噬性细胞死亡，从而抑制肿瘤的发生发展。 Kondo Y et al., Nat Rev Cancer. 2005, 5(9):726-34

自噬与肿瘤 通过抑制自噬治疗肿瘤的药物（部分）   自噬与肿瘤 通过抑制自噬治疗肿瘤的药物（部分） 15 自噬抑制剂（羟基氯喹，HCQ）与传统抗肿瘤药物联用，通过抑制肿瘤细胞的保护性自噬，从而增强传统药物的抗肿瘤活性。 Amaravadi RK et al., Clin Cancer Res. 2011, 17; 654-66

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