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2019-08-27 11:41 来源:未知

线粒体自噬在细胞病理生理过程中的作用 发布时间:2018-07-10 线粒体是哺乳动物细胞内重要的“发动机”, 由4种蛋白酶复合体组成的氧化呼吸链是生物转化和能量供应过程中重要的细胞器。线粒体自噬在细胞生长发育中具有重要作用, 线粒体自噬基因缺失[1]、溶酶体功能破坏[2]、活性氧簇 (reactive oxygen species, ROS) [3]和线粒体通透性转换孔 (mitochondrial permeability transition pore, mPTP) [4]等均参与线粒体自噬过程。线粒体自噬发生异常与人类各种疾病有直接或间接联系。开户免费送体验金38元 1

“自噬”是生物体实现细胞本身新陈代谢及细胞器更新的一个必然过程:细胞质蛋白或细胞器在功能紊乱或丧失功能后被吞噬并进入囊泡,之后与溶酶体融合形成自噬溶酶体,最后被降解(Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2001, 2, 211.)。对自噬过程的研究不仅能加深学者们对生物代谢过程的理解,而且正确认识自噬在疾病发生及发展中的作用将有助于诱导其发挥保护作用 。

小细胞肺癌 小细胞肺癌病理生理小细胞肺癌病理生理一般认为小细胞肺癌起源于支气管粘膜或腺上皮内的Kulchitsky细胞,属APUD(amine precursor uptake decarboxylation)瘤。也有人认为其起源于支气管粘膜上皮中可向神经内分泌分化的干细胞。小细胞肺癌是肺癌中分化最低,恶性程度最高的一型。多发生于肺中央部,生长迅速,转移较早。光镜下,癌细胞小而呈短梭形或淋巴细胞样,胞浆少,形似裸核

细胞自噬在脓毒症发生发展中的作用综述 发布时间:2015-10-29

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线粒体自噬是指通过自噬选择性地去除一些特定的线粒体,这个过程在调节和维持细胞功能方面扮演着极为重要的角色(Plant Cell Environ. 2007, 30, 1523.)。但现阶段对于线粒体自噬的成像均是针对有相关蛋白的,而不论是绿色荧光蛋白的基因融合表达还是抗体等的免疫蛋白成像都存在一定的缺陷。其中不能对细胞器的融合过程进行直观成像是限制这些方法应用的最主要因素,其他比如荧光蛋白的过度表达及对融合蛋白功能的影响、免疫荧光成像通常只能用于观测固定细胞等同样限制着这些方法在线粒体自噬过程研究中的应用。

一般认为小细胞肺癌起源于支气管粘膜或腺上皮内的Kulchitsky细胞,属APUD(amine precursor uptake decarboxylation)瘤。也有人认为其起源于支气管粘膜上皮中可向神经内分泌分化的干细胞。小细胞肺癌是肺癌中分化最低,恶性程度最高的一型。多发生于肺中央部,生长迅速,转移较早。光镜下,癌细胞小而呈短梭形或淋巴细胞样,胞浆少,形似裸核。癌细胞密集成群排列,由结缔组织加以分隔,有时癌细胞围绕小血管排列成团。电镜观察超微结构,瘤细胞胞浆中含有典型的轴样神经内分泌颗粒,但颗粒的量多少不等,并证明和5-HT及ACTH有关。从免疫组织化学研究看,瘤细胞对NSE,5-HT,CgA,另有部分病例对Sy呈阳性反应,证明小细胞癌具有神经内分泌的功能。另外,在同一肿瘤中同时对CK和EMA呈阳性免疫组织化学反应。

自噬可分为3种类型:微自噬(microautoph-agy)、分子伴侣介导的自噬(chaperone mediated au-tophagy,CMA)和巨自噬(macroautophagy)。巨自噬(简称自噬autophagy)是一种基因调控的、高度保守的细胞降解过程,也是一种重要的自我平衡的过程,发生于所有真核细胞中[1-3].在针对应激的过程中,自噬常常扮演着细胞应答的角色[4].而且,自噬无论在先天免疫还是适应性免疫机制中均有着不可忽视的重要作用[2].自噬与各种疾病的病理及生理过程广泛相关(例如感染、肿瘤、神经退行性疾病、心血管及肺部疾病等),近期的研究[5-6]也表明,自噬在脓毒症中发挥一定的保护作用。本文从细胞病理学和分子生物学角度就细胞自噬在脓毒症发生发展中的作用作一综述,为寻找脓毒症治疗的新手段提供依据与线索。

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1自噬的分子生物学机制

1.1自噬的过程

细胞自噬过程可以分为诱导、形成、转运融合、降解4步[7]:细胞接受自噬诱导信号后,在胞浆中形成一个类似“脂质体”样的膜结构的自噬泡(autophagic vacuole),自噬泡类似于一个由两层脂双层组成半球型的“碗”.自噬泡不断延伸扩张,将胞浆中细胞器等成分包裹并密封成为球状的自噬体(autophagosome)。双层膜和内含线粒体、内质网碎片等胞浆成分是自噬体的两个明显特点。

自噬体可与细胞内吞的吞噬泡、吞饮泡和内体融合。然后自噬体与溶酶体融合形成自溶酶体(autolyso-some),两者的内容物合为一体。自噬体中的运送物及自噬体内膜会被降解生成氨基酸、脂肪酸、核苷酸等营养物质,被细胞在胞浆中回收利用;自噬体外膜也会脱落再循环利用,残渣则被滞留在胞浆中或被排出细胞外。电镜下观察到自噬泡或自噬体是判断自噬发生的主要直接依据。

开户免费送体验金38元,1.2自噬的分子机制

自噬过程由一系列复杂的信号分子调控。自噬泡的形成是自噬诱导的第一步,这个过程可以被自噬相关基因(autophagy-re-lated gene,Atg)蛋白所调控,这些蛋白在进化过程中是高度保守的。饥饿可以有效地诱导自噬,启动阶段的关键分子是TOR/mTOR激酶,此蛋白激酶起着营养感受器和调节细胞生长、代谢的作用,控制细胞的自噬活性。在自噬泡形成的早期,Ⅲ型磷脂酰肌醇-3-激酶及其产物3-磷酸磷脂酰肌醇起着至关重要的作用[8].Beclin1是磷脂酰肌醇-3-激酶复合物的一部分,通过调节其他自噬相关蛋白在双层膜上的定位而在自噬体形成的初期发挥重要的作用[9].Atg5-Atg12/LC3-PE(microtubule-associated pro-tein light chain 3,LC3;磷脂酰乙醇胺,phosphatidyle-thanolamine,PE)共价结合系统是自噬体形成的重要条件。

Atg12和Atg5通过一个泛素蛋白化的过程共价结合。首先具有泛素样激酶E1活性的Atg7激活Atg12,然后Atg12与具有激酶E2活性的Atg10结合,Atg12再与Atg5结合,随之Atg10释放。最后Atg12-Atg5复合物与Atg16以非共价键的形式结合形成Atg12-Atg5-Atg16复 合 物,该 复 合 物 再 加 上LC3-PE共同启动双层膜的伸展扩张。

LC3可以被半胱氨酸蛋白酶Atg4裂解成具有C-末端甘氨酸残基的具有胞浆可溶性的LC3Ⅰ。被处理过的LC3像Atg12一样,被Atg7激活,然后递呈给E2样酶Atg3,后者催化LC3Ⅰ与PE共价结合,然后插入分隔膜,形成LC3Ⅱ。

LC3-PE在双层膜上的定位取决于Atg12-Atg5复合物。随着成熟自噬体的形成,Atg12-Atg5-Atg16复合物分离,同时LC3-PE定位于自噬体的外膜上[9].自噬体-溶酶体融合障碍时,可能会导致自噬体数目的增加[1].

2自噬与感染及免疫

研究表明,在自噬参与的细胞降解过程中,细胞外病原体被吞噬隔离在一个双层膜的囊泡状自噬体中,自噬体与溶酶体融合并最终降解这些外来的病原体,这些病原体包括病毒、细菌和寄生虫。不仅如此,自噬体也降解细胞内病毒和细菌[11-12].自噬作为宿主防御体系的组成部分,其相关基因在体内通过抵抗这些病原体的入侵而发挥保护宿主的作用。在自噬体包裹病原体和随后自噬性溶酶体依赖的病原体降解和细胞因子反应的调节过程中,自噬均发挥着重要作用[2,10,13-14].

除了这些作用,研究[2,15]还表明,自噬对先天性免疫应答和适应性的抗原呈递免疫均有调控作用。在适应性免疫应答中,自噬参与抗原呈递、淋巴细胞发育和免疫细胞因子的分泌[15].有文献[16-17]报道,ATG12和ATG5的敲除可抑制MHCⅡ类抗原向CD4 T细胞的呈递。在抗结核的过程中,作为自噬体的靶点,流感病毒基质蛋白可以增强抗MP1CD4 T细胞反应,从而增强CD4 T细胞介导的保护作用。近期的研究[18]也证实了自噬在体内对结核有保护作用,其可减少组织坏死和肺的病理改变。

3自噬与脓毒症

脓毒症是病原体感染导致的炎症反应综合征。严重脓毒症(severe sepsis)的确定依赖于急性器官功能障碍被定义,无论器官功能障碍是否归因于潜在的感染。感染性休克(septic shock)指的是即使给予足量的液体复苏后仍不可避免脓毒症诱发的低血压。严重脓毒症和感染性休克是医学上最古老和最紧迫的问题之一,仍然是重症监护病房患者主要的死亡原因之一,而且发病率呈现出逐年上升的趋势[19].近期研究[20-23]发现,在脓毒症的病理生理过程中可以观察到显着的自噬水平的变化,自噬在脓毒症的发生发展中扮演着重要的角色。

在脓毒症引起的损伤中,线粒体功能障碍发生较早[24].由于线粒体是重要的能量代谢中心,为组织和细胞的正常代谢提供能量和ATP,而自噬通常作为细胞应答被诱导,故研究脓毒症细胞线粒体的功能变化与自噬的关系很有意义。研究[25]表明,在脓毒症小鼠的骨骼肌中,自噬和线粒体功能障碍均增加。

因为脓毒症中存在全身炎症反应和细胞死亡,而自噬是细胞对应激的应答,所以不难解释在脓毒症动物模型和脓毒症患者中均观察到自噬体和自噬相关基因产物的增加。在脓毒症导致死亡患者的肝脏中可以观察到自噬体的积累[22].而自噬形成和相关基因的表达在脓毒症小鼠的呼吸肌肉和运动肌肉中均 增 加,且 在 运 动 肌 肉 中 的 增 加 更 为 明 显,NFkB在自噬改变中起到重要作用[25].在脓毒症小鼠中,抑制自噬会增强炎性细胞因子水平和增加死亡率,可能是由于未能清除损坏或不正常的线粒体,从而激活NLRP3炎性复合体[26].同样的,在ATG7抑制的小鼠肠上皮细胞中,LPS诱导高水平的IL-1βmRNA[27],而在LPS注射或盲肠结扎和穿刺引起的脓毒症小鼠中,LC3B-/-小鼠产生更多的IL-1β和IL-18[26].相反,在腹腔注射LPS引起脓毒症的小鼠中,雷帕霉素诱导的自噬抑制IL-1β和IL-23在小鼠的血清释放;在盲肠结扎穿刺引起的脓毒症小鼠中,雷帕霉素诱导的自噬可帮助小鼠抵抗金黄色葡萄球菌肠毒素引起的感染性休克[28]和心脏功能障碍[29].氯喹抑制自噬后可导致死亡率显着增加[30].

另外,虽然Lo等[31]的研究发现自噬相关蛋白LC3的过度表达可以通过增加自噬体间隙而提高脓毒症小鼠的生存率并减轻肺损伤,但Lee等[32]的研究发现,一氧化碳可以通过依赖于自噬相关蛋白Beclin1的途径增强自噬,从而起到对盲肠结扎和穿刺引起的脓毒症小鼠的保护作用,而这并不依赖于自噬相关蛋白LC3B.总之,自噬在脓毒症中是一种有效的保护作用,而具体机制尚不十分明确。

显而易见的是,自噬具有多样化的功能,并且能够以多种方式改善疾病中细胞的行为。脓毒症的发病机制是危重病医学的一个主要问题,自噬与脓毒症的研究成果可能有助于理解这个问题。诱导自噬有利于脓毒症细胞的修复和生存,对脓毒症的改善和治疗有重要作用。动物模型证据[28-29,31]表明,广义的诱导自噬可能有利于治疗脓毒症,但诱导自噬的影响并没有被充分地用于脓毒症的治疗试验。因此,通过合理地诱导自噬的水平来增强其脓毒症细胞的存活和改善脓毒症预后,可能成为治疗脓毒症的有效手段。

[参 考 文 献]

[1]Ravikumar B,Sarkar S,Davies J E,et al.Regulation of mammali-an autophagy in physiology and pathophysiology[J].Physiol Rev,2010,90:1383-1435.

[2]Levine B,Mizushima N,Virgin H W.Autophagy in immunityand inflammation[J].Nature,2011,469:323-335.

[3]Levine B,Kroemer G.Autophagy in the pathogenesis of disease[J].Cell,2008,132:27-42.

[4]Nakahira K,Cloonan S M,Mizumura K,et al.Autophagy:a cru-cial moderator of redox balance,inflammation,and apoptosis inlung disease[J].Antioxid Redox Signal,2014,20:474-494.

[5]Mizushima N,Levine B,Cuervo A M,et al.Autophagy fightsdisease through cellular self-digestion[J].Nature,2008,451:1069-1075.

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