拿下諾獎的“細胞自噬”到底有啥用?



拿下諾獎的“細胞自噬”到底有啥用?

2016年的諾貝爾生理學或醫學獎授予日本科學家大隅良典,因為他發現了細胞自噬的機制。細胞自噬是什么?在進一步揭示生命奧秘方面究竟有何作用?

細胞懂得“自我救贖”

細胞自噬機制,對于生物、醫學圈之外的人們來說,可能是一個相對陌生的名詞。

自噬,字面意思就是“將自己吃掉”。不過,細胞自噬可不是簡單的細胞自殺或細胞凋亡。細胞自殺是一種不可逆的死亡機制,而細胞自噬是一種生存機制,兩者不可相提并論。前者是細胞自身遭遇巨大傷害后的自我放棄,保護其他細胞免于傷害。后者是細胞在逆境中通過消化一些自身多余東西進而自救的一種措施,旨在維持基本生命活動,更形象地說,這是一種細胞的“自我救贖”。

細胞自噬已經被研究了50多年,最早研究細胞自噬并提出這一概念的是比利時的科學家杜夫。他在20世紀50年代通過電子顯微鏡觀察細胞的內部情況時,發現溶酶體是細胞內的一種細胞器,其功能是處理細胞攝入的營養物質并分解較大的顆粒。與此同時,他也發現了自噬現象,并且在1963年溶酶體國際會議上首先提出了“自噬”的概念。因此,他和他的同事、電子顯微鏡專家克洛德、帕拉迪分享了1974年諾貝爾生理學或醫學獎。

細胞自噬通常發生在細胞或者機體缺乏能量、受到環境脅迫之時,如在缺乏氨基酸、缺氧的情況下,細胞里會產生雙層膜結構,包裹自己的一部分細胞質運送到溶酶體進行降解。自噬的出現是因為細胞在新陳代謝過程中,會不斷產生受損傷的細胞器,如受損的線粒體、蛋白質聚合體等,這就需要細胞清理它們。通過自噬作用,組織和細胞對自身不斷地清理,以保持細胞的穩態平衡,這個作用有點像人用吸塵器清潔衛生。細胞自噬,是把細胞內“壞掉”的一些成分進行“清道夫”式的清除,是細胞內一些成分和結構更新的正常途徑。

細胞自噬與細胞自殺或細胞凋亡有相似處,也相輔相成,二者共用相同的刺激因素和調節蛋白,但是誘發閾值和門檻不同,它們之間是如何轉換和協調的目前還不清楚。細胞凋亡和細胞自噬是細胞生物學最熱門的研究領域。細胞凋亡機理的研究結果已經獲得2002年的諾貝爾生理學或醫學獎。自噬機制就好比是細胞自身凈化和實現自動環保的一條運輸線,它將細胞內代謝廢物以及一些過期無用或有損傷的細胞零件,裝到其獨特的運輸工具——自噬小體中,然后沿著特定路線送到“垃圾加工廠”——溶酶體中進行回收和廢物再利用。自噬機制還能在細胞能量匱乏時開啟緊急運輸通道,以供應能量。因此,自噬機制是細胞內龐大運輸網絡體系中非常重要的一部分。

為疾病防治打開新思路

在21世紀,自噬已經從一個生物學名詞搖身變為非常重要的生物學領域。大量研究證明,細胞自噬與許多疾病、衰老和生命現象相關,不少先前不得其解的疑難雜病,都因為自噬研究的進展獲得了嶄新的認識與防治思路。

自噬與癌癥

自噬在治療癌癥方面有很大前景。美國芝加哥大學的研究人員最近發現,抑制細胞的自噬過程能夠有效阻斷腫瘤細胞遷移和動物腫瘤模型中的乳腺癌轉移。自噬是高度轉移性腫瘤細胞運動和侵襲所必須的一個生物學過程,抑制自噬或許是臨床上阻斷腫瘤轉移擴散的一個有效方法。

結合自噬作用也可以讓藥物(化療)治癌產生更好的效果。美國科羅拉多大學癌癥中心的研究顯示,腫瘤受到抗癌藥物攻擊時,一些較敏感的細胞死亡,但另一些有抵抗力的細胞存活下來。原因在于這些敏感細胞和抵抗細胞在自噬凈化過程中表現的能力不同。這提示,在治療癌癥時可根據不同癌細胞自噬的機理和過程配以不同藥物,以取得更好療效。

自噬與肥胖

人體內存在棕色和白色兩種脂肪,白色脂肪堆積在皮下負責儲存多余熱量,棕色脂肪負責分解引發肥胖的白色脂肪,將后者轉化成二氧化碳,可阻止肥胖。

美國加州大學舊金山分校的研究人員最近發表論文指出,自噬介導的線粒體清除是導致棕色脂肪細胞向白色脂肪細胞轉變的一個關鍵調控過程,抑制該過程可以維持棕色脂肪細胞的形態和功能,讓白色脂肪細胞棕色化,找到治療肥胖或減肥的新方法。

自噬與神經系統疾病

人體中的神經細胞能不能長壽,自噬細胞起到了關鍵作用。帕金森、阿爾茲海默癥、脊髓硬化導致的肌萎縮等病,都跟神經細胞的不正常死亡有關。




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