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2024年4月16日发(作者:汽车access是什么意思)
医学研究生学报
2021
年
4
月第
34
卷第
4
期
JMed
Postara
,
VW.34
,
Nc5
,
ApPi
,
202)
-
497
-
综
述
初级纤毛与自噬的关系研究进展
陈珏蓉综述
,
郭佳男
,
何苇审校
[
摘要
]
初级纤毛是将细胞外的化学和机械信号传递到细胞内的重要途径
,
自噬是通过降解细胞成分以维持细胞和组
织稳态的过程
,
两者对哺乳动物的生长发育都有重要作用
。
近年来学者们发现调控自噬的分子机制与初级纤毛的形成相关,
自噬可以通过降解特定的纤毛蛋白来调节纤毛的生成及长度,
而自噬体的形成又需要依赖于初级纤毛所介导的信号传导
。
文章就初级纤毛的结构功能和自噬原理
,
以及初级纤毛与自噬的相互调控关系的研究进展作一综述
,
以期为这一领域的研究
者提供新的思路
。
[
关键词
]
初级纤毛
;
自噬;纤毛形成;纤毛长度
[
中图分类号
]
R374
[
文献标志码
]
A
[
文章编号
]
1008-8199(
202)
)04-0405-0
[
DOI
]
14.1657(/Lcngi.l408-C169.207(.44.414
Resecrch
progress
on
the
relahonshia
betweec
primary
cilia
and
autophagy
CHEN
Joe-exy
、
gVuing,
GUO
Jig-San
,
HE
Wai
oUecUing
(D/€lrOn/e
of
Orad
add
Maxillcfaciai
Surcerc
,
Tha
Aff'aiatea
Stomatoloficcd
Hospital
df
Z
uti
/C
Meatcal
Universit/
,
Zig/
563000,
Guizhou
,
China)
[
Abstroct
]
PUmag
cilia
are
ImporPu-
pathways
that
carg
extracellular
chemicai
and
mechauicai
siguals
into
cells.
AuPphayp
is
a
process
that
Uearades
cellular
componeuts
to
maintaiu
celi
and
tissue
homeosPsis,
both
of
which
play
an
imporPu-
elo
iu
the
growth
and
Uevelopmeut
of
mammals.
(_
receut
years,
researchers
have
found
that
the
molecalar
mechanism
of
anPphayp
is
relateP
to
the
formation
of
primag
cilia.
AuPphayp
can
reaulap
the
formation
and
leugth
of
cilium
bp
Uearading
specific
cilium
pePiks
:
and
the
formation
of
anPphaaosomes
depeuds
on
the
signal
tgnsUuctPn
mePiapP
bp
primag
chia.
This
paper
revieweP
the
stoctue
and
fu_c-
tion
of
primarp
cilia
and
the
pPkciplo
of
aptophagy
,
as
weli
as
the
mutuai
regumUon
betweeu
primag
cilia
and
auPphayp
iu
order
to
provide
new
ideas
for
researchers
iu
this
field.
[
Key
worOs
]
primag
cilia
;
anPphayp
;
chiogeuesis
;
the
leugth
of cilia
0
引
言
初级纤毛是一种以微管为基础的细胞器
,
突出
致多个信号通路的传导障碍而引起多种遗传性疾
病
,
一般统称为纤毛病
[
3
。
自噬是一种高度保守的
代谢过程
,
用于降解损伤的细胞器
、
蛋白质和细胞质
于细胞表面并投射到细胞外环境中
,
起到细胞感受
组分
[
/
]
,
目前普遍认为
,
自噬对维持细胞内稳态具
有重要作用
,
自噬功能障碍会导致变异的蛋白质和
细胞器大量积累
,
进而干扰正常的细胞功能
,
导致多
器的作用
[
)
打该细胞器可感知细胞外机械和化学
信号变化
,
并可通过介导多种分子信号通路将信息
传导至细胞内
[
4
。
初级纤毛的纤毛膜富含多种信
种自噬相关疾病的发生
[
3
。
初级纤毛和自噬是维
持细胞内稳态所需的两种不同的适应机制
,对它们
号受体
,
如
HePgePop
(
Hh
)
、
WnpPDGF
和
Ca
4
*
通道
等
[
7
-5
]
,
因此
,
初级纤毛的生长异常和功能缺陷会导
之间的关系进行深入研究可加深我们对人类疾病发
病机制的了解
。
本文就初级纤毛与自噬的关系的研
基金项目
:
国家自然科学基金
(
81365165);
遵义市科技计划项目(遵
市科合
HZ
字
[
2519
]
434
号)
作者单位:
573705
遵义,遵义医科大学附属口腔医院口腔颌面外科
究进展作一综述
。
1
初级纤毛的构成与功能
[
陈珏蓉(医学硕士)
、
郭佳男
、
何
苇
]
通信作者:
何
苇
,
:
4ewepyennO@
初级纤毛由以微管为基础的核心结构轴突
-492
-
医学研究生学报
2424
年
4
月第
34
卷第
4
期
J
Med
VO144,
No.4
,
ApPi,
2424
组成
,
轴突由基体成核,被与细胞质膜相连的纤毛膜
激酶
unc-51
样自噬激活激酶
1(udc-51T2e
autonP-
agy
activating
Uinasa
1
,
ULK1
)
复合物的激活
,
一般
包围
,
基体则由中心体的母中心粒形成
[
(
。
轴突与
胞内其他部分被过渡区
(
transdon
zona
,
TZ
)
所分离
,
情况下
,
增加腺昔酸活化蛋白激酶
(
adenosine
mono-
TZ
是一个高度有序的纤毛亚区
,
其分子结构类似于
核孔
,
可筛选进出纤毛的相关蛋白
[
12
]
0
每个细胞只有一根初级纤毛
,
相较于动纤毛而
pPospPaie
activated
protein
U2ase
,
AMPK
)
的活性
和
/
或抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物
1(mam-
malign
tarpei
of
rapamycin
complev
-
mTORC
1
)
的活性
言
,
初级纤毛缺乏运动所需的
2
个单中心微管和动
力蛋白臂
,
因此初级纤毛缺乏合成其自身组装和维
持所需蛋白质的能力
,
故需要依赖于纤毛内转运
可激活
ULK1
复合物
。
正常生理状态下
,
细胞自噬
水平受到控制
,
mTORC
1
抑制
ULK1
的激活并破坏
AMPK
和
ULK1
的结合
;
相反
,
在自噬刺激下
,
激活
(
intra/agellpr
Transpod
:
1ST
)
家族蛋白来进行物质
转运
。
ICT
蛋白不仅负责调控初级纤毛内物质的双
向转运
,
还负责介导细胞质与初级纤毛之间各种信
号分子的传递及交换运输
。
根据生化特性和运输方
向的不同
,
ICT
蛋白被分为两大类
,
即
ICT-A
复合体
和
ICT-L
复合体
[
14
]
o
其中
)丁
2
复合体在
Dyyein-S
的驱动下主要介导由纤毛顶部向基底部的逆向转运
(retrograde
)
,
而
ICT-B
复合体在
U2es2-2
的帮助下
主要介导由纤毛基底部向顶部的顺向转运
(
anterc-
gpde)
[
14
]
o
由于初级纤毛必须通过
ICT蛋白介导信
号分子蛋白的转运
,
因此
1ST
中任何一个蛋白的缺
失都有可能导致初级纤毛异常
,
从而出现多种发育
和细胞信号缺陷
,
形成纤毛相关疾病
,
如神经退行性
疾病
,
肥胖
,
失明
、
多囊肾
,
多指畸形
、
癌症及代谢紊
乱等
[
2
。
2
自噬的分类及原理
自噬
(
auPphagy
)
是一个高度保守的细胞内过
程,在这个过程中
,
错误折叠或受损的蛋白质及变异
的细胞器被隔离到称为自噬体的双膜结合囊泡
中
[
7
在哺乳动物中自噬主要有
3
种类型:
①
微自
噬
(
mRroautophagy
)
,
即细胞质内容物通过溶酶体膜
的内陷直接被溶酶体吞噬;
②
分子伴侣介导的自噬
(cUauepne-mePiateP
auPnPagy
,
CMA
)
,
即一部分带
有特定氨基酸序列
(
KFERQ-
模式)的胞质蛋白被热
休克蛋白
70
(heat
shoe/
protein
of
77
,
Hsp77
)
识别
,
并在溶酶体中选择性降解;
③
巨自噬
(
maepautoph-
agy)
,
即先形成称为自噬体
(
autophagosome)
的双膜
囊泡
,
将蛋白和其他细胞质成分隔离并运送到溶
酶体
[
12
]
0
自噬是由
“
自噬相关蛋白”
完成的过程
,
其分为
四个阶段:起始阶段
、
囊泡成核阶段
、
自噬体延伸阶
段和溶酶体融合阶段
[
15
-
14
]
0
自噬起始于自噬启动
的
AMPK
可抑制
mTORC
1
的活性从而激活
ULK
1
复合体
[
14
]
o
当激活的
ULK1
复合物迁移到自噬体
形成位点(包括内质网-线粒体接触位点
、
质膜
、初级
纤毛本身及内质网-高尔基体)时
[
2
-
13
]
,
成核阶段开
始
。
在自噬体延伸阶段
,
微管相关蛋白
1
轻链
3
(
micptuPuiv-sssocmteP
protein
1
light
chain
3
,
LC3
)
前体与自噬相关基因
9
(
oiPphdgy
relateP
genv
,
Ap4)
作用
,
形成
LC3
I
,
后在
Atg7(E1
样酶)和
Atg3
(E2
样酶)作用下与磷脂酰乙醇胺
(phosyhati-
Uymthadolamidv
,
PE
)
共价连接成为脂溶性的
LC3-
n-PE,
随后参与自噬体的延伸
[
24
]
o
最后
,
自噬体与
溶酶体融合
,
促进自噬体内被隔离物质的降解
[
24
]
0
3
初级纤毛与自噬的关系
3
4
初级纤毛调控自噬的表达
目前已有研究证
实了自噬和纤毛形成之间存在相互作用
。
如
Pam-
p/ega
等
Z
观察到大量
ATG
蛋白定位于初级纤毛
主要成核的基底体和轴丝
,
同时发现在饥饿诱导条
件下
,
自噬的激活及自噬体的增加与依赖于初级纤
毛传导的
Hh
信号的激活相关
,
这提示可能是初级
纤毛介导的自噬启动机制
。且在血清饥饿期间几种
ATG
蛋白被募集至初级纤毛基底部的现象已被证
实
[
1)22
]
0
近年来国内有研究者使用无血清培养基
来诱导初级纤毛的表达
,
结果显示当初级纤毛的表
达率上调时
,
可促进软骨细胞的自噬水平以及自噬
相关标志物卷曲螺旋
/
肌球蛋白样
bclU
结合蛋白
1
(
bcl-S
interacting
myosin/moes2-02e
coUed-coi-
pptein
1
,
Beclin1
)
、
、
CT88
和
LC3
的表达
,
同时纤毛
长度延长
。
反之,用水合氯醛破坏纤毛结构后
,
初级
纤毛的表达率下调
,
同时降低软骨细胞的自噬水平
以及
BecTn1
、
、
CT88
和
LC3
的表达
,
表明在软骨细胞
中存在初级纤毛和自噬的共表达关系
,
且初级纤毛
的变化可调控细胞自噬的程度
[
27
]
o
该课题组在
医学研究生学报
202)
年
4
月第
34
卷第
4
期
JMeP
Postgc
,
VolIJ
,
No7
,
April
,
202)
-
425
-
另一项研究中给予软骨细胞不同强度的应力刺激
,
等研究了自噬和初级纤毛在皮质发育局灶性畸
发现中低强度应力刺激不仅可以促进对初级纤毛的
形成及
ICT88
的表达
,
同时也对自噬体的形成具有
形发展中的作用
。
该研究结果表明
,
激活
mTOR
突
变的大脑体细胞
,
可导致自噬受损及
0FD1
蛋白的
积累
,
从而减少神经元的纤毛形成
。
LR
等凹]
还深
入研究了初级纤毛与自噬相互作用的转录控制
。
研
正调控作用
,
而高强度应力刺激则具有负调控作用
,
该研究还发现应力刺激可通过初级纤毛
-ERK-
mTOR
信号轴来调控自噬的表达回
]
。
此外
,
在一项
究表明
,
过氧化物酶体增殖因子活化受体
A(yemxi-
soma
yroliferat/r
vctivated
recept/r
alphv
,
PPARA
)
的
对肾上皮细胞分化的研究中发现
,
通过抑制
mTOR
信号(一种特征良好的内源性自噬抑制因子)
,
可以
药理激活促进了纤毛形成
,
还诱导自噬基因的表达,
恢复因纤毛形成受阻而导致的基础自噬减少
。
在这
并激活哺乳动物细胞的自噬
。
相反
,
核受体亚家族
项研究中
,
Wang
等
〔
刃使用肾上皮
HK2
细胞
(ICT88
基因被敲除)和
C13
细胞(具有短纤毛的肾上皮细
胞)进行研究
,
发现在这两种缺乏纤毛或短纤毛的
细胞中
mTOR
通路被高度激活
,
自噬的基础水平均
受到抑制
。
而用雷帕霉素
(
自噬激活剂)处理后
,
这
两种类型的细胞都能恢复自噬的基础水平
,
这表明
纤毛形成对基础自噬具有积极的调节作用
。
3
7
自噬调控初级纤毛形成及长度
目前的研究
表明初级纤毛与自噬存在双向调控
,
且初级纤毛形
成及长度变化与自噬活性的变化直接相关
[
I4
,
27■
22
打
Pampliepv
等
"
4
]
发现在营养正常的情况下
,
细胞内
可通过基础自噬降解
ICT20
来抑制纤毛形成并使纤
毛长度缩短
,
而用血清饥饿诱导自噬时
,
可激活依赖
于初级纤毛传导的
Hh
信号通路
,
进而促进纤毛形
成
,
同时恢复纤毛长度
。
而
Tang
等发现在血清
饥饿条件下的野生型小鼠胚胎成纤维细胞中
,
中性
粒随体蛋白
1
(
oral-fyciai-2igitai
,
0FD1
)
表达下调
,
而在自噬缺陷的细胞中
0FD1
的下调也可恢复血清
饥饿诱导的纤毛形成和纤毛长度
,
提示饥饿诱导的
纤毛形成需要
0FD1
介导的自噬降解
。
国外有研究表明
,
初级纤毛与自噬之间的相互
作用涉及
mTOR
通路和泛素-蛋白酶体系统
,
同时证
明了自噬对纤毛具有正调控作用
。
即在无血清
/
无葡萄糖的
RKRB
培养基
、
含海藻糖培养基及含
BECN1
肽培养基诱导的自噬激活可增加纤毛长度
;
而使用
3-
甲基腺嘌呤
(
3-Methymdeni/e
,
3-MA
)
(
自
噬早期抑制剂)和(自噬晚期抑制剂)抑制自噬可减
少纤毛长度
。
同时
,
该作者在使用
3-MA
抑制
HK2
细胞中的纤毛基础上加入
MG132
(蛋白酶体抑制
剂)后
,
发现该过程逆转了由
3-MA
处理引起的纤毛
长度缩短
。
综上所述
,mTOR
途径和蛋白酶体系统
分别参与了自噬与初级纤毛这两个过程并在纤毛和
自噬的相互调节中起着不同的作用
。
最近
,
Park
1-H
组
T
(
nucmar
recept/r
sudfamily
1
,
yroup
H
,
memdvr
2
,
NR1H2
)
的药理激活负向调控自噬和纤
毛形成
,
而使用
RNA
干扰技术沉默
NR1H2
则可以
诱导纤毛形成以及促进自噬水平
,
而
NR1H2
的激活
则抑制了依赖
PPARA
的纤毛形成
,
这表明纤毛形
成是由这两个转录因子相互控制的
。
与以上的研究均表明了自噬与纤毛生长的关系
呈正相关不同的是
,
有其他研究发现在小鼠胚胎成
纤维
3T3-21
细胞中
,
天然黄酮类化合物水飞蓟宾
(
sili/inin
,
SIL)
可通过组蛋白去乙酰化酶
6(
histone
dedcetylasa
6
,
HDAC6
)
调节的自噬负调控纤毛长
度
,而用
3-MA
或
/RNA
预处理阻断自噬通量
,
均可
逆转水飞蓟宾引起的纤毛长度缩短
,
且恢复水飞蓟
宾诱导的自噬所降低的
IFT88
、
驱动蛋白家族成员
3A(ni/esR
family
memdvr
3
A
,
KIF3A
)
、
乙酰化微管
蛋白
(
dC-tuUuliu)
等纤毛相关蛋白的表达
[
34
]
0
同
样
,HDAC6
介导的自噬途径的下调也参与了
I
型胶
原蛋白促进的纤毛生长的过程
[
5)
]
0
综上所述,这些研究表明自噬和纤毛形成之间
存在双向调控
,
但在不同的环境或不同的细胞中似
乎调控模式并不一致
,
因此两者之间相互作用的具
体分子机制还有待进一步研究
。
4
总结与展望
随着对初级纤毛和自噬认识的不断加深,
初级纤毛和自噬之间的关系已逐渐成为焦点研究领
域
。
目前已有很多研究显示
,
在某些细胞模型(如
成纤维细胞和肾上皮细胞)中
,
纤毛依赖性信号通
路是诱导自噬的必要途径
,
而基础或饥饿诱导的自
噬均通过降解特定的蛋白质来调节纤毛的发生和长
度变化
,
但我们尚不能得知自噬和初级纤毛之间的
相互作用是否也发生在其他细胞类型中
。
同时初级
纤毛与自噬的相互功能意义
,
仍存在争议
,
且在癌症
-
495
-
医学研究生学报
202)
年
4
月第
34
卷第
4
期
J
Mea
P
o
/
o
,
VW.34,
Nc.4
,
ApPR
202)
J
5]
Hamasadi
M,
Furuta
N
,
Matsuda
A
,
a
al.
Autophagosomes
foo
等更复杂的疾病模型中
,
初级纤毛和自噬之间的相
互作用尚不清楚
。
所以我们仍需要更多的研究来解
释初级纤毛和自噬之间这种复杂的联系
,
从而为理
a-
ER-mitochopdria
coutact
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J]
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2013
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)
(责任编
辑:缪
琴
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英文编辑:
邵荣青
)
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