细胞自噬与神经退行性疾病的关系及其研究方法

【作者】 宋福永；

【机构】 山东大学；

【摘要】 自噬是真核细胞中进化上高度保守的自我修复机制,负责细胞内大多数长寿命蛋白和细胞器的清除。自噬的基本过程是首先细胞内形成双层膜结构,并包裹部分细胞质和细胞器形成自噬体,接着自噬体与溶酶体融合形成自噬-溶酶体,最后由溶酶体水解酶完成降解。具体可分为自噬信号启动、膜成核、囊泡延伸、自噬体形成、自噬溶酶体形成和内容物的降解。生理条件下,细胞受mTOR、磷脂酰肌醇三磷酸激酶等上游信号调节,30余种自噬相关基因所编码的蛋白相互作用、协调合作,维持自噬活性处于一个基础水平。但在饥饿、氧化应激和毒物等因素刺激下,细胞自噬会发生显著变化。自噬活性的调控存在于两个水平:蛋白质相互作用及其化学修饰可实现对自噬的快速调节;基因转录水平的调控引起持续性的自噬激活。目前研究证实自噬在神经退行性病变、免疫性疾病与感染、肿瘤等多种疾病中具有重要作用。2002年Ravikumar最早提出神经退行性病变的发生与自噬干扰有关,短短十年自噬己成为神经科学领域的研究热点。基础活性的自噬水平对于神经元的存活和功能至关重要,自噬的抑制或过度激活都会影响神经元的正常功能,导致神经系统疾病的发生。如阿尔茨海默氏病(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森病(Parkinson’s disease,PD)等多种神经退行性疾病的发生都涉及神经元自噬功能的异常。细胞自噬激活药物如Rapamycin(雷帕霉素)可改善帕金森病、阿尔茨海默病等的病情。同时,转基因实验也证明干扰神经元自噬可引起神经退行性疾病。如组织特异性的ATG5、ATG7缺陷小鼠,尽管这种小鼠除神经元自噬活性受到抑制外,其余方面均正常,然而它们在后期发育过程中却出现轴突内异常蛋白的聚集和神经元的死亡。目前自噬研究方法可以分为自噬活性检测试验和自噬干预试验。细胞自噬活性检测方法很多,包括电镜检测、免疫荧光检测、WB检测、GFP-LC3示踪试验、自噬流的检测、长寿命蛋白质降解试验。其中常用的自噬流检测有LC3 turnover试验和Tandem-LC3转染试验。自噬干预试验包括:一是利用自噬激活药物和自噬抑制药物调控自噬体的形成、融合和降解过程,达到干预细胞自噬的目的;二是利用RNA干扰技术、Cre-1oxp技术、CRISPR-CAS9等技术在整体动物和离体细胞两个水平敲减或敲除自噬相关基因(如ATG7基因),达到干预细胞自噬活性。更多还原