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标题:【讨论帖】Autophagy(自噬)

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cuturl('http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez')
自噬领域的牛人一Beth Levine
cuturl('http://www.utsouthwestern.edu/utsw/cda/dept131456/files/181499.html')
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以autophagy命名的杂志
cuturl('http://www.landesbioscience.com/journals/autophagy/')
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自噬体的检测
自噬体的检测对研究自噬尤为重要①以透射电子显微镜下超微结构的形态学检测(俗称检测自噬体的金指标)。在透射电镜下可见损伤的细胞器如线粒体的肿胀变性,其周围出现空泡状双层膜样结构、继而双层膜环绕成自噬体、进而与溶酶体融合,消化,也可见自噬溶酶体内最终不能降解的残体等。
②自噬体膜标志性蛋白质的检测。自噬体膜上标志性蛋白质有Apgl2-Apg5结合体和微管相关蛋白1的轻链3(LC3)。Apgl2和Apg5在翻译后就像单个分子一样共价结合在一起,它定位在自噬体双层隔离膜的整个延长阶段。LC3是酵母菌自噬基因(Apg7/Apg8)在哺乳动物中的同源物,和前者相比,LC3除了定位在自噬体分隔膜上,也一直以和磷脂酰乙醇胺即脑磷脂(PE)结合的形式(LC3-PE)存在于自噬体形成各阶段的内外膜上,在自噬溶酶体膜上也可见。通过与绿色荧光蛋白(GFP)结合成Apgl2-Apg5-GFP、LC3-GFP,即可实现对自噬体的检测。
③单丹(磺)酰戊二胺(MDC)染色法。是自噬发生过程中分析分子水平机制的一种特异的检测自噬体方法 。自噬体形成依赖的第二个泛素样结合系统(Apg8)是位于自噬囊泡膜上与IVIDC特异结合的生化标志,通过荧光染色,在荧光显微镜下可见核周区域阳性显色。④间接自噬体检测法。自噬溶酶体及其不能降解的产物—残体的检测。自噬体和溶酶体融合后,除上述的LC3-GFP法检测外,还有吖啶橙染色法。它是一种荧光染料作为非极性反胶态分子团的分子探针,在自噬溶酶体内酸性磷酸酶活性增强下显著着色。对残体的检测主要是对脂褐素颗粒的显微观察。
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自噬的抑制
根据自噬形成的过程,自噬的抑制也分为不同的阶段,包括自噬的起始阶段,自噬泡和溶酶体融合阶段,以及溶酶体内的降解阶段。目前常用的一些抑制药物如下:
(1)对自噬体形成的抑制:主要是PI3K通路的抑制剂(如3-MA, Wortmannin,LY294002等),这些药物均可干扰或阻断自噬体形成。3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine, 3-MA)是磷脂酰肌醇3激酶的抑制剂,可特异性阻断Autophagy中自噬体的形成,被广泛用作Autophagy的抑制剂。另外,渥曼青霉素(Wortmannin)、LY294002 也可用作Autophagy的抑制剂。
(2)对自噬体与溶酶体融合的抑制:对自噬体与溶酶体融合过程进行阻断也能起着抑制自噬的作用,这些药物有巴伐洛霉素A1、长春碱、诺考达唑等。巴伐洛霉素A1(Bafilomycin A1)是一种来源于灰色链霉菌的大环内酯类抗生素,分子式C35H58O9,是空泡型H+-ATP酶的特异性抑制剂,具有抗菌、抗真菌、抗肿瘤等作用。当突触小泡经历胞外分泌时,巴伐洛霉素A1可以避免小泡重新酸化。有研究表明,在已发生自噬的肿瘤细胞中加入巴伐洛霉素A1,可使蛋白降解被抑制,自噬体增多而自噬溶酶体数目减少,并且自噬体中的酸性磷酸酶的活性也明显降低,从而证明其阻断了自噬体与溶酶体的融合过程。这种阻断是可逆的,在去除了药物作用后,自噬体仍可以与溶酶体融合形成自噬溶酶体,继续自噬进程。
(3)对溶酶体降解的抑制: 自噬体与溶酶体融合后最终被溶酶体中的水解酶水解,它首先经过囊泡酸化,达到所需的PH值后经多种蛋白酶作用使囊内容物降解,降解产物在细胞内再循环利用。对溶酶体的降解进行抑制,使得被降解的囊泡内容物大量蓄积于溶酶体内,而不能释放出来进入细胞内再循环利用,这也同样起着抑制自噬的作用。因此,蛋白酶抑制剂,如E64d、Pepstatin A等,在抑制溶酶体降解的过程中发挥着自噬抑制剂的作用。E64d和Pepstatin A均属于蛋白酶抑制剂,二者以1:1的比例联用可以抑制自噬。有研究表明,在结肠癌细胞系中联用E64d及Pepstatin A,可明显抑制溶酶体的降解从而阻断自噬的进展,而自噬体的形成并没有受到明显影响。
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根据细胞内底物运送到溶酶体腔方式的不同,哺乳动物细胞自噬主要可分为三种方式 [Crotzer et al., 2005]:大自噬(Macroautophagy)、微自噬(Microautophagy)和分子伴侣介导的自噬 (Chaperone-mediated autophagy)。

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大自噬(Macroautophagy)即我们说的自噬(autophagy)
微自噬(Microautophagy):是指溶酶体主动、直接吞噬胞浆成分的一种方式。
分子伴侣介导的自噬 (Chaperone-mediated autophagy,CMA):一些分子伴侣,如hsc70,能帮助未折叠蛋白转位入溶酶体。
另外,几个与phage相关的概念:
吞噬(phagocytosis):细胞主动吞掉胞外的细菌、碎片、或其它细胞。
吞饮(pinocytosis):胞外的液体
异噬(heterophagy):吞噬、吞饮的统称,强调所吞内容物来自细胞外,它们都是单层膜的液泡。
自噬体(autophagosome)形成后,可与吞噬泡或吞饮泡融合,然后再与溶酶体融合,但这一过程的证实还需更多的实验来支持。
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自噬小体的增多有两种可能:一是形成增加即自噬被诱导;另外一种是自噬体成熟受抑即自噬体不能和溶酶体结合。该怎么来判断呢?
另外,我们在神经系统中检测LCⅡ,使用western blotting,好像不怎么灵敏,还是因为它存在的时间较短?

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自噬体增多,也就是“自噬潮”出现的原因一是形成增多,二是与溶酶体融合受阻(如使用了氢化氯喹或氯喹,另外,溶酶体的酶抑制剂和质子泵抑制剂的使用亦有可能影响溶酶体与自噬体或异噬泡的融合),使自噬体不能降解而积聚,这种积聚造成的自噬体增多的效应要大于自噬体诱导剂效应的数倍之多。
鉴于这样的原因,单纯的GFP-LC3荧光斑点增多不足以作为自噬激活的证据,可联用多个方法来判断:
1)加用自噬体与溶酶体融合的抑制剂,如氯喹,观察自噬潮的变化。
2)或加用LC3和溶酶体示踪物在荧光显微镜下观察共定位情况。
3)或Knockdown掉LAMP-2基因(溶酶体膜蛋白)。
4)检测胞浆长寿蛋白的降解。
Western Blot检测LC3时除了上述的原因外,还有几个需考虑到的地方:
1)抗体的亲和力:有报道认为LC3抗体对II型LC3的亲和力较高
2)结合于自噬体内层膜的LC3-II在与溶酶体结合后被降解。
3)自噬过程很快,一个自噬体从产生到降解仅需2~3个小时或更短,其中自噬体形成阶段更迅速,数分钟即可完成,而溶酶体降解阶段耗时相对较长。因此,设置多个检测时间点(time frame)是非常重要的。
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虽然我也在做关于Autophagy的研究,但我预感到,这是个深渊。
虽然我期待我们能因此而攻克肿瘤,但希望太渺茫!
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楼主介绍的还挺详细,我现在也在做细胞自噬的课题,方法简单,但是要有效果也不容易。介绍一篇检测真核细胞细胞自噬的指导性文章,Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy in higher eukaryotes,Autophagy 4:2, 151-175; 16 February 2008。这是200多位细胞自噬的专家署名的文章,对检测细胞自噬绝对有用。而且这几年文章发展看来,想证明细胞自噬越来越难,需要的实验越来越多。
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自噬现在作为细胞研究的热点领域,自然与其特殊的作用有关,但不能把其作为解决以前不能解决之问题的“万金油”,这一倾向在发现凋亡、miRNA后出现过。
我们有时候需要跳出这个圈子来看圈子里的问题。
当细胞所处的环境发生改变时会发生什么样的反应?
1)适应:通过内部的调整,达到一个新的平衡点,继续存活。
2)不适应:通过内部的调整,无法平衡,死亡。
问题来了,怎么死的?因为现在人们可以观察到至少3种死亡方式:坏死、凋亡、自噬样死亡。死了就死了,分那么多方式干吗?我想,有必要分清楚这3种死亡方式的不同和好处:
坏死一般认为是刺激过于 剧烈,细胞没时间也没法修复,被动死亡,内容物释放。
凋亡是众所周知的主动的、不可逆的死亡,个人认为,(1)引起凋亡的刺激与引起坏死的刺激在强度上应该弱一点。(2)“主动”的意思就是死了比活着好。对谁好(有利)呢?凋亡细胞自己已经死了,那么只可能是周围的细胞了。确实如此,凋亡时细胞被“切碎”,里面的成分纷纷变成了熟的“易消化”的食物,以方便周围细胞易摄取。因此,凋亡应该是一个群体水平的概念,是群体应对不利因素时依靠牺牲部分个体来维持群体继续存活的机制。
自噬样死亡到目前为止还只是一种现象,因为我们只知道细胞自噬样死亡时胞浆中存在大量液泡,且在形态学上与凋亡有一定的区别,而对自噬与死亡的因果关系尚不清楚,更不知道它对群体有什么好处、与凋亡相比刺激信号有什么不同。就目前的研究进展来说,自噬是肯定的,鉴定和监测方法也较成熟,但自噬样死亡是模糊的,鉴定比较困难,且尚需生理情况下和临床的研究证据来支持。
不肯定的、模糊的地方也就是值得研究和探讨的地方,大致有:
1)继续进行自噬相关蛋白的鉴定及功能研究(不应局限于自噬)
2)自噬过程本身的机制研究(比如捕获胞浆成分的特异性问题、膜的发生、自噬相关蛋白的转位及组装)
3)自噬的调控(包括自噬激活信号到beclin-1之间的传递通路及相关调控蛋白的鉴定、自噬固有过程本身的调控)
4)明确自噬与细胞存活、死亡的关系(是属于内部调整的范畴还是细胞命运的结局?)
当这些基础性研究完成了,应用性研究的前景才会明朗。
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以autophagy命名的杂志
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我们这边投过几篇,知名度不是太高,毕竟是新办的。
该杂志影响因子开始有6-7分,去年降到4点多,变化比较大,今年的也不知道还会不会降。
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