互动社区 · 2025年7月13日 0

什么是细胞自噬?

 

自噬(autophagy)是一种细胞自我“清理”过程,细胞通过它分解和清除细胞质(细胞内的液体部分)中老旧、受损或异常的蛋白质和其他物质。分解后的产物会被回收利用,支持细胞在压力大或饥饿时维持重要功能。

“自噬”这个词字面意思是“吃掉自己”,听起来可能有些可怕,但其实它是细胞在维持自身健康和能量平衡中极为关键的一种方式。可以把自噬想象成细胞内部的“回收系统”或“资源再生工厂”。

在日常正常状态下,自噬会像家政清洁队一样,主动识别并清除细胞内部的“垃圾”——包括坏掉的线粒体、变性或聚集的蛋白质、受损的内质网,甚至是入侵的细菌或病毒。这些被“标记”的垃圾会被送进细胞内的“焚化炉”——溶酶体中彻底分解,然后转化成能重新利用的基本物质,比如氨基酸、脂类、糖类和核酸片段。这不仅保持了细胞内部环境的整洁,也提供了继续生存和运作所需的原料。

但当细胞处于压力状态,比如:营养缺乏(饥饿),氧化应激(自由基大量积累),DNA 损伤等代谢负担加重的情况时,自噬系统会被激活并加强运作,就像是危机模式下的自救机制。这时候,它不再只是清理垃圾,而是会主动“回收”一部分正常细胞成分,比如多余的蛋白质或细胞器,来快速生成能量和必要的分子,以帮助细胞维持功能、度过难关。

自噬是一种细胞内部清理和回收机制,最早在上世纪60年代被科学家观察到。当时研究人员发现,在胰高血糖素的刺激下,小鼠肝细胞里的溶酶体数量增加,这些溶酶体甚至能吞噬线粒体等细胞器。

最初人们对这种现象理解有限,后来科学家们明确了溶酶体是细胞内分解和回收废弃物的“消化中心”,自噬就是这个过程的核心。

到了90年代,科学家们通过研究酵母发现了一批与自噬相关的基因,这些基因被统一命名为ATG基因。

日本科学家大隅良典利用酵母模型,深入研究了饥饿状态下的自噬过程,揭示了自噬的基本分子机制,因此获得了2016年诺贝尔生理学或医学奖。

自噬是细胞里的“垃圾处理”过程。它由一些特殊的基因和蛋白质控制,首先这些蛋白质会在细胞里组装成一个像杯子一样的膜结构,这个结构叫做自噬小体(phagophore)。这个“杯子”会慢慢长大,把受损的细胞器或者坏掉的蛋白质包起来,形成一个叫自噬体(autophagosome)的双层膜小泡。然后,这个自噬体会在细胞里移动,最后跟溶酶体(lysosome )融合在一起。溶酶体里有很多消化酶,它们会把自噬体里的坏东西分解掉,变成糖、氨基酸等小分子,供细胞重新利用。

(图片来源于:creative-diagnostics.com网站)
(图片来源于:creative-diagnostics.com网站)

除了这种主流的自噬方式,细胞里还有两种其他的自噬方式:

  • 微自噬:溶酶体直接把细胞里的一小部分吞进去消化。
  • 分子伴侣介导的自噬:特殊的伴侣蛋白先把需要处理的东西找出来,送到溶酶体里去分解。

当细胞缺少营养时,比如酵母细胞在饥饿状态下,会启动自噬过程,把不需要的蛋白质分解掉,回收其中的氨基酸,来合成对生存必需的蛋白质。在高等动物中,出生后断绝胎盘的营养供应,也会触发自噬,帮助细胞在缺乏食物时维持生命。缺少自噬能力的细胞在营养不足的情况下很容易死亡。

自噬可以帮助细胞识别和清除病毒和细菌。比如某些病毒进入细胞后,会被自噬小体包裹并送到细胞内的溶酶体进行处理,触发免疫反应,产生抗病毒的物质。不过,有些病毒和细菌会利用自噬系统来帮助自己繁殖。

自噬能清理受损的细胞器、细胞膜和蛋白质,帮助细胞维持健康。缺乏自噬会导致损伤细胞堆积,加速衰老。比如,当DNA受损时,修复过程中用到的一些酶在完成工作后需要被清除,自噬也参与了这些修复后的清理工作。

细胞在某些情况下会主动“自杀”以保护整体健康,这种过程叫程序性细胞死亡。自噬在这个过程中经常出现,但科学家们还不确定自噬到底是帮助细胞死亡,还是试图挽救细胞。研究表明,自噬有时可能是一种细胞的“求生机制”。

在哺乳动物胎儿发育过程中,卵细胞在形成前也会经历自噬。自噬帮助它们应对营养和生长因子的不足,保护细胞,但如果饥饿持续时间过长,自噬也可能导致细胞死亡。

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