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細(xì)胞自噬最早提出于20 世紀(jì)60 年代，當(dāng)時(shí)研究者首次觀察到，細(xì)胞會(huì)將胞內(nèi)成分包裹在膜中形成囊狀結(jié)構(gòu)，將它們運(yùn)輸?shù)饺苊阁w降解并回收利用部分降解產(chǎn)物。20 世紀(jì)90 年代，大隅良典利用面包酵母篩選了細(xì)胞自噬的關(guān)鍵基因，并進(jìn)一步闡釋了酵母細(xì)胞的自噬機(jī)理。細(xì)胞自噬分子機(jī)理的發(fā)現(xiàn)增進(jìn)了人類對細(xì)胞生理調(diào)控機(jī)制的理解，并為人類研究和治療多種疾病提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

一、細(xì)胞自噬的概念

細(xì)胞自噬又稱細(xì)胞自食，是指在細(xì)胞自噬相關(guān)基因的調(diào)控下，依賴于溶酶體（或酵母液泡）的胞內(nèi)降解途徑。它通過自噬體將需要降解的物質(zhì)包裹，運(yùn)送到溶酶體（或酵母液泡）中，利用其酸性水解酶將物質(zhì)降解。細(xì)胞自噬普遍存在于真核細(xì)胞中。生物體為了維持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡，需要不斷降解功能異常的細(xì)胞結(jié)構(gòu)及物質(zhì)，如各種受損的細(xì)胞器、錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)等，同時(shí)合成、組裝新的細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)。通常，壽命較短的蛋白質(zhì)通過泛素——蛋白酶體系進(jìn)行降解；而壽命較長的蛋白質(zhì)及細(xì)胞結(jié)構(gòu)則通過細(xì)胞自噬途徑，由溶酶體降解。

二、細(xì)胞自噬的過程

細(xì)胞自噬時(shí)首先形成自噬泡。自噬泡是由單層膜凹陷形成的杯狀雙膜，一般由細(xì)胞內(nèi)的線粒體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脫落形成，有時(shí)高爾基體和細(xì)胞膜也可形成自噬膜。接著，自噬泡將細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器（如線粒體和過氧化物酶體）等包裹起來，形成自噬體。自噬體隨后與細(xì)胞內(nèi)的溶酶體結(jié)合，形成自噬溶酶體。溶酶體內(nèi)的酸性水解酶將蛋白質(zhì)和細(xì)胞器水解消化，釋放出來的小分子營養(yǎng)物質(zhì)可供細(xì)胞再利用，其它水解產(chǎn)物被排出細(xì)胞外（見圖1）。

圖1 細(xì)胞自噬的過程

三、細(xì)胞自噬的意義

細(xì)胞自噬具有自我“清理”的功能，不僅能降解錯(cuò)誤折疊或聚集的蛋白質(zhì)，還能降解受損或衰老的細(xì)胞器，甚至可以清除細(xì)胞內(nèi)的病原體，維持細(xì)胞內(nèi)部穩(wěn)態(tài)。

細(xì)胞自噬是促使細(xì)胞存活的自我保護(hù)機(jī)制。當(dāng)細(xì)胞面臨代謝壓力（如低氧、pH或滲透壓改變、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)缺乏）時(shí)，細(xì)胞通過降解自身物質(zhì)或細(xì)胞結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞生存提供營養(yǎng)物質(zhì)供細(xì)胞重新利用。例如，在電鏡下可以觀察到，釀酒酵母氮源饑餓時(shí)，其液泡中存在大量的自噬體（見圖2）。

圖2 釀酒酵母細(xì)胞中的自噬體

四、細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的關(guān)系

1.細(xì)胞自噬抑制細(xì)胞凋亡

正常情況下，細(xì)胞經(jīng)受的環(huán)境壓力較小，細(xì)胞自噬負(fù)責(zé)保護(hù)細(xì)胞，避免細(xì)胞凋亡，這主要是通過吞噬損傷線粒體來實(shí)現(xiàn)的。線粒體可以決定細(xì)胞生存或死亡：當(dāng)線粒體受損時(shí)，其外膜通透性增大，導(dǎo)致一些水解酶釋放到細(xì)胞質(zhì)中，降解細(xì)胞內(nèi)的正常蛋白質(zhì)，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。當(dāng)線粒體受損信號發(fā)出后，細(xì)胞內(nèi)的自噬信號通路被激活，對受損的線粒體進(jìn)行吞噬并降解，防止細(xì)胞凋亡。

2.細(xì)胞凋亡抑制細(xì)胞自噬

當(dāng)環(huán)境壓力加大或持續(xù)過長時(shí)，細(xì)胞自噬過度降解細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器，導(dǎo)致細(xì)胞無法繼續(xù)生存，細(xì)胞自殺機(jī)制就會(huì)啟動(dòng)。與此同時(shí)，與細(xì)胞凋亡有關(guān)的一些蛋白被高度激活，致使幾種重要的自噬蛋白被分解，導(dǎo)致自噬程序處于癱瘓狀態(tài)，終止細(xì)胞自我保護(hù)功能，加速細(xì)胞死亡。

3.構(gòu)建概念模型

根據(jù)上述細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡的關(guān)系，可構(gòu)建相應(yīng)概念模型（見圖3）：

圖3 細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡關(guān)系概念模型

五、細(xì)胞自噬與細(xì)胞癌變的關(guān)系

目前，細(xì)胞自噬在腫瘤生成和癌癥發(fā)展中的作用還沒有形成廣泛而一致的意見。多項(xiàng)研究結(jié)果表明，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的過程中，細(xì)胞自噬的作用具有兩重性。

1.自噬抑制腫瘤的作用

大多數(shù)研究者認(rèn)為，細(xì)胞自噬是一種對抗細(xì)胞癌變的機(jī)制。相關(guān)的機(jī)理可能為：（1）細(xì)胞自噬可以清除細(xì)胞內(nèi)衰老、受損的蛋白質(zhì)及細(xì)胞器，從而穩(wěn)定基因組，減少細(xì)胞癌變的可能；（2）細(xì)胞自噬可以加強(qiáng)細(xì)胞檢驗(yàn)點(diǎn)的監(jiān)控作用，進(jìn)而穩(wěn)定基因組，減少細(xì)胞向癌細(xì)胞轉(zhuǎn)變。

2.自噬的致腫瘤作用

也有相當(dāng)數(shù)量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)顯示，自噬在多類腫瘤中活躍度較高，例如胰腺導(dǎo)管腺癌、肺癌、中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤、黑色素瘤等。相關(guān)機(jī)制可能為：在癌細(xì)胞中遺傳物質(zhì)改變，細(xì)胞已經(jīng)被各種腫瘤發(fā)生機(jī)制所控制，細(xì)胞凋亡通路受到抑制。同時(shí)，腫瘤生長增殖速度快，一方面細(xì)胞代謝需要大量營養(yǎng)，且基因組不穩(wěn)定也會(huì)導(dǎo)致大量錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)生成，這時(shí)細(xì)胞選擇性地啟動(dòng)自噬通路，降解錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，為細(xì)胞提供營養(yǎng)物質(zhì)；另一方面癌細(xì)胞易處于缺氧狀態(tài)，缺氧會(huì)誘導(dǎo)線粒體被自噬以維持細(xì)胞生存。

六、細(xì)胞自噬在生物教學(xué)中的啟示

新教材引入了細(xì)胞自噬的概念，細(xì)胞自噬作為研究的前沿領(lǐng)域，高中一線教師對其知之甚少，對細(xì)胞自噬和細(xì)胞凋亡、癌變之間的關(guān)系也不甚清楚。教師應(yīng)關(guān)注最新的研究進(jìn)展，準(zhǔn)確把握知識內(nèi)涵，將細(xì)胞自噬的知識融入相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中，并以適當(dāng)?shù)那榫硰?qiáng)化學(xué)生的探究能力。構(gòu)建概念模型有助于學(xué)生對知識的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行理解和應(yīng)用，教師在課堂中也應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建模型的能力，充分發(fā)展學(xué)生“理性思維”和“科學(xué)探究”的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生理解生物科學(xué)的學(xué)以致用，進(jìn)而更好地服務(wù)于日后的學(xué)習(xí)、生活與工作。