老谈信号通路系列：mTOR信号通路&自噬

一、自噬过程：

　　根据胞内底物运送到溶酶体的方式不同，哺乳动物细胞自噬可分为三种主要方式：巨自噬(Macroautophagy)，微自噬(Microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(Chaperone-mediatedautophagy)。

　　通常我们研究的是巨自噬，包括：信号刺激，吞噬泡的形成，吞噬泡与内含体/溶酶体的融合，内容物的降解以及降解产物的释放。

　　一方面，在正常条件下，mTOR高磷酸化Atg13抑制其活性。而mTOR的抑制信号，导致Atg13去磷酸化，形成ULK1(Atg1)-Atg13-FIP200复合物。

　　另一方面，抗凋亡蛋白Bcl-2/Bcl-XL/Bcl-w通过它们的BH3结合凹槽与Beclin 1的BH3结构域相互作用抑制其活性。而JNK1/DAPK途径能阻断这种抑制作用，具体地，JNK1磷酸化Bcl-2，DAPK磷酸化Beclin 1的BH3结构域，进而促进PI3K复合物III（对Atg蛋白的组装非常重要）的形成。

　　上述两种复合物是吞噬泡（双层膜结构）形成所必需的。随后，Atg12-Atg5-Atg16复合物和LC3嵌入膜上，形成自噬体。自噬体与内含体融合形成自噬内含体，最后，与溶酶体融合形成自溶酶体，降解内容物。在此过程中，Atg12-Atg5-Atg16复合物以及部分 LC3-II 便从外膜上脱落，只保留下膜结合形式的 LC3-II 定位于自噬体膜的内侧上。因此，LC3-II的含量或LC3-II/LC3-I的比例与自噬泡的数量呈正相关。

　　二、自噬上游信号通路

　　mTOR作为一种保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是调节细胞生长、增殖、运动、存活和自噬等上游通路的汇合点。这里，我们主要看PI3K/AKT/mTOR抑制自噬的信号通路，它在许多肿瘤中被激活。

　　生长因子抑制自噬：生长因子信号激活PI3K/AKT/mTOR信号途径，从而抑制自噬（紫红色）。

　　饥饿和ER（内质网应激）压力促进自噬：AMPK/CaMKK信号途径（深绿色）；p53/DRAM信号途径（深黄色）。

　　Ras信号途径既能促进自噬，又能抑制自噬（淡绿色）。

　　各种信号分子相应的抑制剂，如G蛋白耦联受体拮抗剂（淡蓝色）。

　　三、自噬下游信号通路

　　mTORC2调节细胞存活和细胞骨架，且能磷酸化AKT，导致mTORC1激活。

　　mTORC1促进细胞生长和代谢，而通过结合ULK1复合物抑制自噬。mTORC1的活性受到许多信号的调控，其主要调控因子是TSC蛋白质。TSC2与TSC1形成的复合物能使 Rheb 由活化形式转变为非活化形式，从而抑制 mTORC1的活性。而活化的AKT能够磷酸化 TSC2从而阻止 TSC复合物的形成，进一步导致 mTORC1的激活。

　　(1) mTOR激酶直接作用于Atg蛋白来调节自噬体的形成；

　　(2) mTOR介导的信号转导作用于下游效应物，如4E-BP1、S6K激酶，启动相关基因转录和翻译，从而调控自噬。

　　因此可检测S6K的磷酸化水平来研究有无激活mTOR信号途径。

　　综上，在我们的实际研究中，可以通过检测自噬相关markers来判断自噬发生与否。当然，如果发现靶分子作用于mTOR上游某分子，如Rhed，也可以和mTOR信号通路介导的增殖/自噬等联系起来。

　　目前，关于自噬的研究已经不单局限在肿瘤细胞中了，最近的研究开始将自噬与干细胞、微环境联系在一起了。

　　如下图所示，自噬调控神经干细胞分化为星形胶质细胞的机制。

　　Autophagy-related gene Atg5 is essential for astrocyte differentiation inthe developing mouse cortex. EMBO Rep. 2014, 15:1053-1061.

　　Atg5过表达后，LC3被激活，通过自噬降解JAK2-STAT3途径的抑制蛋白SOCS2，从而消除了SOCS2对STAT3的抑制作用，因而激活JAK2-STAT3途径，最终调控星形胶质细胞的分化。

　　这里用自噬代替了俗套的泛素化降解，着实让人眼前一亮。因此，小伙伴们不妨尝试检测自噬相关markers在肿瘤细胞、成纤维细胞、干细胞等的表达变化，来充实自己的研究！