自体吞噬在控制植物细胞程序性死亡中的作用

自体吞噬在控制植物细胞程序性死亡中的作用

摘要 细胞程序性死亡（PCD）在植物发育和免疫方面是至关重要的。植物发展了一些机制来抑制PCD由于扩散引起的病变。最近的研究表明：作为大分子代谢中普遍保守过程的自体吞噬，在控制PCD中发挥了关键作用。近期已开始研究PCD与自体吞噬之间的关系。对自体吞噬机制的了解，将为PCD机制的阐明提供新的思路。

关键词 自体吞噬；PCD；细胞调控

中图分类号 Q255 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）13-0341-01

自体吞噬是利用溶酶体对细胞自身体内的部分细胞质等细胞器进行一系列降解的过程，属于程序性死亡中的一类。细胞程序性死亡（PCD）在多细胞器官的发育、衰老和免疫中发挥了重要作用。植物细胞不像动物细胞那样通过吞噬作用清除经受过PCD的细胞，因此植物中的健康细胞容易感染引发PCD的病原体。近期研究表明植物诱导的自体吞噬是控制PCD的一种机制。笔者讨论了自体吞噬在PCD中的作用，并提出了一些可能的控制机制。

1自体吞噬

由于自体吞噬较少受到关注，而且很难在体外条件下实现，目前对自体吞噬的机制还不是很了解，主要集中在酵母及其他重要的单细胞真核生物。其大体过程[1]是：细胞中的线粒体等细胞器首先被称为“隔离膜”的囊泡所包被，这种“隔离膜”主要来自于内质网和高尔基体；囊泡自重形成双层膜结构，即自体吞噬体，自体吞噬体与胞内体融合形成中间自体吞噬泡，最终自体吞噬泡的外膜与溶酶体融合形成降解自体吞噬泡，由溶酶体内的酶降解自体吞噬泡中的内容物和内膜。在整个自体吞噬过程中，细胞质和细胞器都受到破坏，最明显的是线粒体和内质网受损。

2细胞程序性死亡（ＰＣＤ）

一直以来细胞死亡被分为细胞坏死和凋亡（PCD）。前者是一个被动过程，而后者是一种受基因控制的程序化主动性细胞死亡，它不仅在生理情况下发生，而且能被一些细胞因子和化学药物诱导而产生[2]。主要特征是：细胞质发生凝集并与相邻细胞发生分离；核膜附近的染色体发生早期凝集；产生称作“凋亡小体”（apoptotic bodies）的细胞碎片，并最终被邻近细胞吞噬。但另有研究表明，在细胞程序性死亡过程中存在多种不同的形态学变化和生化反应。

３植物中自体吞噬对ＰＣＤ的调控

Liu et al. 发现烟草中依赖于氮的抗性蛋白专一的识别TMV复制酶蛋白上约50kDa大小的解旋酶区域，引发PCD并将TMV限定在感染位点[4]。酵母中的自体吞噬基因是ATG，而植物中存在大多数酵母ATG的同源基因，如拟南芥ATG基因AtATG8、AtATG6/Beclin1等[3]。为了识别PCD的调控子，在N-containing（NN）Nicotiana benthamiana植物中用VIGS进行筛选试验。在此试验中，沉默了植物中酵母的同源基因ATG6/Beclin1，结果在TMV感染后发生了PCD，并扩散到未被感染的组织。在NN植物中沉默ATG6/Beclin1将阻止TMV感染位点及其周围健康组织的PCD[4]。这些结果表明，自体吞噬基因通过在植物防御反应中抑制未感染细胞的死亡实现促植物生存的功能。这就暗示了自体吞噬很可能识别PCD信号，或改变PCD信号的诱导。或者自体吞噬的内部降解促进感染位点的旁邻细胞中PCD信号的降解。

４自体吞噬是Pro-death还是抑制ＰＣＤ

植物中，PCD执行不需要自体吞噬但是将PCD限制在感染位点需要自体吞噬。已有数据表明，自体吞噬在自身免疫过程中具有anti-PCD的功能。然而，在其他高等真核生物中所检测的自体吞噬功能表明：自体吞噬可能具有双重功能：pro-and or anti-death。自体吞噬发挥何种功能依赖于自身的水平[4]。在动物细胞中，抗细胞凋亡蛋白Bcl-2与Beclin1相互作用控制自体吞噬的水平，表明这2个途径存在重要的信息传递。尽管在植物中没有发现Bcl-2的序列同源基因，但是可能存在功能同源基因。了解与Beclin1一同作用的蛋白质的识别特性和功能特性对于研究植物内免疫反应中自体吞噬对PCD的调控机制具有重要作用。

５结语

受自体吞噬的PCD抑制过程引发了一些存在于信号通路之间的重要问题。进一步研究动植物中自体吞噬的保守性是很有用的。权威性正向遗传学图谱和生化方法对研究植物PCD与自体吞噬之间特异相互作用是很有帮助。

自体吞噬可能在多种疾病的治疗中起重要作用[1]，若能更深入地了解并阐明自体吞噬的机制，将极大地有助于治疗神经系统退行性疾病和癌症。自体吞噬和凋亡是两个既相互独立又密切联系的过程，在细胞程序性死亡这个复杂的通路中，自体吞噬的作用同细胞凋亡一样不容忽视。

6参考文献

[1] 徐振宇，李强，李悦欣，等.自体吞噬在细胞死亡中的角色[J].生理科学进展，2004，35（4）：341-344.

[2] JAATTELA M .Multiple cell death pathways as regulators of tumour initiation and progression[J].Oncogene，2004，23（16）：2746-2756.

[3] KETELAAR T，VOSS C，DIMMOCK SA，et al.Arabidopsis homologues of the autophagy protein Atg8 are a novel family of microtubule binding proteins[J]. FEBS Lett， 2004（567）：302-306.

[4] SHALAKA PATEL，JEFFREY CAPLAN，SP DINESH-KUMAR. Autophagy in the control of programmed cell death[J].Plant Biology，2006（9）：391-396.