细胞自噬对衰老的调节

【关键词】 细胞自噬；衰老；长寿信号途径；自噬信号通路

　　细胞内损伤物质的积累是所有衰老细胞的普遍特征，能导致生命有机体生存能力降低。细胞自噬能够降解受损蛋白质和衰老或损伤细胞器等细胞结构，是细胞内主要的异化途径，参与衰老以及与衰老相关的各种病理过程。近年来研究发现，衰老进程中，细胞自噬活动下调，而对各种长寿突变体的研究表明自噬活动是寿命延长所必需的，多种自噬相关基因或蛋白直接受长寿途径的调节〔1～5〕，这些发现都支持细胞自噬是各种真核生物衰老非常重要的调节机制。

　　1 衰老进程中自噬活动下调

　　近年来的研究发现，与年龄相关的细胞自噬活动下降能影响细胞功能，引起各种衰老表现。在哺乳动物衰老过程中巨自噬和分子伴侣介导的自噬活动(CMA)下降〔6，7〕，CMA的效率降低，将受损蛋白结合在溶酶体膜上及转运进入溶酶体的活动明显减弱。CMA是通过以热休克蛋白70(HSP70)为主的分子伴侣，特异性的识别结合被降解的蛋白，然后在溶酶体膜上的受体LAMP2A(Lamp2A)作用下，转运到溶酶体内进行降解的过程。研究发现衰老过程中CMA效率的降低是由于溶酶体膜上的受体LAMP2A表达随着衰老进程进行性地减少造成的。进一步的研究表明〔7〕，在转基因鼠中阻止衰老引起的LAMP2A的表达减少，即使在老龄的细胞中，CMA依然保持活跃的功能，尤其重要的是，CMA功能的维持与减低细胞内有害蛋白的积累和改善肝功能密切相关。除了CMA，衰老过程中哺乳动物组织细胞的巨自噬活动可能也受到抑制，大量的研究表明，衰老能够影响巨自噬活动，尤其是影响巨自噬对功能缺陷的线粒体的降解〔3，8〕。对线虫的研究发现两种自噬基因沉默的野生型线虫和DAF2突变体的寿命会缩短〔9〕。另外，对其他真核生物，如酵母、果蝇等的研究也观察到了自噬对衰老的调节作用〔10〕。对拟南芥研究发现，剔除自噬相关基因(Atg)Atg7、Atg4和Atg9，植物能正常生长，但是却加速叶片衰老，增强对病原菌和碳饥饿的超敏反应〔11〕。

　　2 自噬活动增强具有抗衰老作用

　　细胞自噬通过保证细胞蛋白质组稳定和细胞器更新能阻止或者减缓细胞衰老进程。有研究认为抗脂药物的抗衰老作用可能是基于细胞自噬活动的增强〔12〕。用雷帕霉素或者海藻糖处理增强自噬的降解作用，可能对帕金森综合征等蛋白沉积性疾病模型具有治疗作用〔13〕。最近研究表明，一种p62蛋白在通过自噬摄取泛素化蛋白聚合物的过程中具有关键作用，p62能与聚泛素化蛋白结合形成聚合物，也能与自噬效应蛋白LC3 （LC3）相互作用，介导自噬对蛋白聚合物的摄取。p62缺乏能引起小鼠肝细胞和神经元细胞蛋白聚合物的沉积〔14〕。

　　线虫是细胞衰老和长寿研究常用的模式生物之一〔5〕。研究发现，线虫DAF2功能缺失突变能够诱导成虫表现出滞育样的代谢变化，明显延长线虫的寿命。而线虫与哺乳类Beclin1基因同源的自噬基因bec1是线虫DAF2功能缺失突变体耐受态形成和寿命延长所必需的，显然线虫耐受态的形成和寿命的延长与自噬率的增加有关〔15〕。在线虫或者哺乳动物，限制热量都是延长寿命的研究中常用的实验手段。限制饮食的过程中能诱导自噬的发生，抑制自噬对进食充足线虫的寿命没有影响，而影响限制饮食线虫的寿命，自噬对饮食限制的反应受到转录调节。同时还发现，寿命延长除了需要诱导自噬发生，还需一种转录因子DAF16/FoxO的表达，研究者认为自噬为细胞提供新的物质来源，而转录因子DAF16/FoxO负责将这些原材料转化为保护性的蛋白以延长线虫的寿命〔16〕。

　　另外有研究认为自噬激活的水平对线虫寿命的调节具有重要的作用，在生理水平下，能够促进生存，而低于或者超过生理水平都引起线虫的死亡〔17〕。对线虫的研究还发现，在DAF2突变体中自噬的增加能够增强对β淀粉样蛋白的降解，以对抗衰老过程线虫细胞淀粉样物质积累引起的蛋白毒性〔18〕。

　　3 长寿途径与自噬的调节

　　随着在细胞水平上自噬对衰老调节作用的认识，人们开始进一步在分子水平上探讨调节自噬和衰老的信号通路之间是否存在联系。近年来，对于调节自噬降解活动的信号通路有了一定的认识，尤其是mTOR信号通路和Beclin 1的调节作用。而且研究发现调节抗逆境和抗衰老进程的长寿途径，如FoxO3，NFκB，p53 和 SIRT1等对自噬活动也具有有力的调节作用。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，连接胰岛素、生长因子等上游信号对Atg1复合物等下游效应物的作用，是自噬的负调控因子〔19〕。NFκB信号系统是细胞对抗细胞损伤和环境伤害的防御机制诱导的重要信号通路，研究发现，NFκB信号通路通过激活mTOR激酶而抑制肿瘤坏死因TNFα诱导的自噬，或者通过下调Beclin 1和Atg5的表达抑制巨自噬活动。NFκB信号通路与自噬之间存在交叉对话，激活NFκB的上游激酶IKKβ和NIK都是自噬作用的靶蛋白〔20，21〕。

　　SIRT1是哺乳动物的一种沉默因子，是酵母Sir2蛋白的同源物，Sir2蛋白是公认的酵母抗逆和长寿因子，转录因子FoxO家族是调节细胞代谢、增殖和抗逆的重要因素，线虫FoxOs就是调节耐受态形成和寿命极限的主要因素〔15〕。最近的研究发现STRT1和FoxO3相关的信号通路参与对哺乳动物自噬的调节。研究表明，在体外培养的细胞或者转基因鼠体内，SIRT1能够激活自噬作用，SIRT1/转基因鼠的一些表型和Atg5/小鼠相似。研究还发现，SIRT1与自噬蛋白Atg5，Atg7 和Atg8的去乙酰化有关，表明长寿基因sir2和自噬降解过程的相关性。最近有研究发现，FoxO3能够诱导LC3和Bnip3等激活自噬活动的蛋白表达，而促进细胞降解作用，维持生物体的能量代谢〔22〕。

　　机体细胞脱离衰老过程可能会发生癌变，p53是一种抑癌基因，它的失活能引起肿瘤发生。p53对自噬作用跟细胞状态有关，有研究发现，p53能抑制mTOR信号通路诱导自噬发生〔23〕，相反另一研究发现，p53表达下调能够激活细胞的自噬活动〔24〕。对携带p53活性片段的转基因鼠的研究发现，可能是由于细胞自噬的抑制和细胞凋亡诱导而表现出早老症状，而携带完整的p53及其等位基因和Arf的转基因鼠，能够激活p53的表达，使p53表达适度增加，但是却表现出衰老延迟。由此推测可能p53Arf信号通路诱导p53在特定位置表达的适度增加能够抑制mTOR，激活自噬，而p53的过量表达或者乙酰化增加活性增强，却抑制自噬，表现出早老的症状〔25〕。

　　4 结论与展望

　　近年来人们开始关注自噬对生物体的生理和病理影响，同时，对于衰老过程的分子调节机制也有了进一步的认识。自噬对于衰老进程以及衰老相关的疾病都具有调节作用，适度激活自噬能够延缓衰老，而且调节自噬和衰老的信号通路之间存在交叉重叠。对于二者相关性的研究有助于延缓衰老，并为蛋白沉积性疾病的治疗提供了新的治疗方向。虽然，对于自噬和衰老的相关性有了一定的认识，但是怎样在衰老细胞中诱导适度的自噬活动延迟衰老进程、氧化应激在衰老进程中是否对自噬具有抑制作用、SIRT1是否通过自噬作用延长寿命以及增强自噬活动的药物是否对蛋白沉积性疾病具有疗效等很多问题仍有待于进一步的研究。

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