細胞自噬主要通過清除細胞中異常或多余的結構，起到維持饑餓過程中物質和能量的代謝穩定的功能，而細胞骨架調控涉及膜重排和囊泡轉運等多種細胞進程。細胞自噬受到微管和肌動蛋白絲的調控:微管促進自噬體的合成，與自噬體的移動密切相關；肌動蛋白絲支撐自噬泡的擴張，促進自噬體的移動以及與溶酶體的融合；非肌性肌球蛋白ⅡA 參與調控自噬體形成初期的膜傳遞，肌球蛋白Ⅵ和肌球蛋白 1C 分別影響自噬體的成熟以及自噬體與溶酶體的融合。本文綜述了細胞骨架系統對細胞自噬的多重調節，重點介紹肌動蛋白和肌球蛋白對自噬進程的調控，以期為研究自噬相關疾病的發病機制以及開創新的療法提供一些新的思路。
引用本文： 閆志平, 曾燁, 沈陽, 劉肖珩. 細胞骨架在自噬中的作用. 生物醫學工程學雜志, 2018, 35(1): 156-160. doi: 10.7507/1001-5515.201706012 復制
引言
自體吞噬，簡稱自噬，是細胞用來回收利用細胞質成分、廢棄或受損的細胞器的一種自體降解途徑。自噬與癌癥、神經退行性疾病（如帕金森病、阿爾茨海默氏病）和炎癥性腸炎等都有密切聯系[1-3]，自噬可在致病性細菌（如金黃色葡萄球菌）、病毒（如單純皰疹病毒）和細胞內寄生菌入侵時有效地保護細胞[4-5]。自噬在發揮細胞保護作用的同時，在一些病理條件下也是有害的，如腫瘤細胞可利用自噬途徑從放射性治療造成的損傷中恢復[6]。此外，多種細菌和病毒（如肝炎病毒）已進化出一套機制摧毀自噬以實現感染細胞和自我增殖[7]。因此，細胞自噬作為“雙刃劍”，既是一種保守的細胞防御措施，又是一種特殊類型的細胞程序性死亡。
細胞內膜系統（包括內質網、高爾基體、內體、溶酶體、液泡和細胞膜）通過在細胞不同部位之間的動態膜流動維持在一個相對穩定的狀態，這些物質轉運是通過供體細胞器的囊泡出芽，然后與受體融合實現的[8]。雖然自噬具有獨特的膜重構方式，但自噬體的運動與其他膜轉運方式一樣，在轉運的過程中均依賴于細胞骨架。最新的研究為細胞骨架系統與高等真核細胞自噬的相關性提供了證據，本文回顧和總結了有關細胞骨架系統不同成分和自噬之間的相互關系和作用機制方面的最新研究，明確了細胞骨架可以在多個層面調控細胞自噬的發生發展，有助于拓寬細胞自噬相關研究的方向，為研究自噬相關性疾病的發病機制以及開發藥物提供新的思路。
1 自噬及選擇性自噬
在真核細胞中，根據將底物轉運到溶酶體或液泡途徑的不同，自噬可分為巨自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）和分子伴侶介導的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）[9]，本文所涉及自噬類型主要為真核細胞巨自噬。自噬是唯一能夠同時分解代謝多種細胞成分（如蛋白質、脂類、糖類和核酸）的降解途徑。大多數組織的細胞中發生基礎水平的自噬，此過程有助于細胞質成分的正常運轉，細胞的自噬水平可在環境改變和（或）細胞因子的誘導作用下迅速升高，以適應和應對各種生理和病理變化。自噬在機體發育的細胞重構中非常重要，此外還參與調控細胞的生長和老化。自噬的特征性結構是雙層膜囊泡，發生的基本過程包括：首先在細胞質內，經過一系列膜重排，形成自噬體，這種雙層膜囊泡將細胞質材料和（或）細胞器隔離后，可與內涵體或者細胞內吞的吞噬泡融合，最后與溶酶體發生融合，其內容物被運送至溶酶體的活性水解腔內水解，最后其腔內的細胞器和其他細胞基質成分以及自噬體本身，均被分解成細胞的基本組成部分從而實現重新利用[10]。
長期以來，人們認為自噬是自噬體批量處理細胞質結構、受損和廢棄細胞器的過程。然而越來越多的證據表明，在一些自噬活動中，一類特殊的細胞結構被標記，并選擇性地運輸至自噬體內進行降解，這類自噬被稱為選擇性自噬[11]，例如，有專門針對過剩的過氧化物酶體、線粒體和內質網等細胞器的自噬體。目前研究較多的選擇性自噬包括胞質液泡靶向（cytoplasm-to-vacuole targeting，Cvt）途徑、線粒體自噬、內質網自噬、過氧化物酶體自噬、核糖體自噬和脂類自噬等[12]。選擇性自噬和非選擇性自噬的不同點在于，選擇性自噬進程中有一個額外的步驟，即囊泡的雙層膜在形成過程中同時要對轉運的貨物進行準確的選擇和識別[12]。參與特異性識別泛素化底物的泛素受體包括 P62 蛋白，BRCA1 基因 1 鄰位（neighbor of BRCAl gene 1，NRB1）、組蛋白去乙酰酶 6（histone deacetylation 6，HDAC6）、核點蛋白 52（nuclear dot protein 52，NDP52）等。在自噬體的內表面上，泛素受體蛋白一端和泛素化底物特異性結合，另一端和自噬體膜上的微管相關蛋白輕鏈 3（microtubule-associated protein light chain 3，MAPLC3，LC3）產生特異性相互作用[13]，這種雙重的結合能力使泛素受體能夠有效地將特異性細胞器或蛋白呈遞到雙層膜囊泡內。
2 細胞骨架在自噬中的作用
細胞骨架是一個復雜的纖維網狀結構體系，包括微管、微絲（肌動蛋白絲）和中間絲 3 種結構，它們都是由相應的蛋白亞基組裝而成。肌球蛋白（myosin）是依賴于微絲的分子馬達，而驅動蛋白（kinesin）、動力蛋白（dynesin）是依賴于微管的分子馬達。中間絲是最穩定的細胞骨架成分，對于中間絲與細胞自噬的相互關系的研究正處于剛起步階段，故不作為本文的論述重點。
2.1 微管在自噬中的作用
人們對于微管在自噬中的作用研究由來已久，這些研究一致確定微管可促進自噬體的運動。K?chl 等[14]研究發現，在饑餓誘導自噬之前，預先用微管聚合抑制劑（諾考達唑和長春堿）處理穩定表達綠色熒光蛋白標記的 LC3（green fluorescent protein-LC3，GFP-LC3）的大鼠肝細胞，測定自噬體合成的速度和數量以及利用溶酶體探針（lysotracker）監測自噬晚期內體（溶酶體）與自噬體的融合。結果顯示，微管不僅促進自噬體形成，而且加速自噬晚期內體（溶酶體）與自噬體的融合。但是 Fass 等[15]提出與此并不相同的觀點，在穩定表達 GFP-LC3 的倉鼠卵巢細胞系中，自噬體集中在微管組織中心（microtubule organizing center，MTOC）周圍，利用活體成像系統進一步監測發現，只有成熟的自噬體與微管結合，且沿著這些微管的延伸方向移動。而在微管缺失的情況下，細胞內成熟自噬體的數量明顯減少，但是并不影響自噬體與溶酶體的結合。鑒于以上研究結果，我們猜測，他們數據之間的差異性可能是由于使用不同的細胞系造成的。
最新研究證明，微管聚合發生障礙只是延緩了自噬體到達附近鄰近內涵體和溶酶體所處的位置，從而使其融合發生延遲。Jahreiss 等[16]利用熒光顯微鏡和活細胞成像技術發現，在正常大鼠腎細胞中，絕大多數晚期內體（溶酶體）都集中在環繞 MTOC 的核周區，而自噬體的形成則隨機地分布在細胞的外圍。顯然，如果自噬體要與晚期內體（溶酶體）發生融合，那么自噬體必須從空間上接近它們。他們發現，新形成的自噬體沿著微管雙向移動，并最終像晚期內含體（溶酶體）一樣集中在核周區。MTOC 導向的自噬體向心性轉運依賴于微管，當使用藥物抑制微管聚合時，這種向心性地轉運隨之終止。
緊接著，研究者進一步研究了微管是如何連接到自噬體的。研究顯示，自噬體是通過動力蛋白連接微管，并沿著微管軌道方向，向位于 MTOC 附近的溶酶體進行定向轉運的[17]。值的一提的是，動力蛋白的功能缺失與某些神經退行性疾病密切相關，動力蛋白的喪失導致自噬水平的降低，對易累積蛋白的清除作用減弱，易累積蛋白水平升高，同時 2 型 LC3 水平升高，自噬體與溶酶體發生融合缺陷。這些研究對之前的研究做出了補充，即雖然微管解聚藥物抑制了易累積蛋白聚集物的形成，但這種治療導致易累積蛋白整體水平的增加，這種增加是由于自噬體晚期內體（溶酶體）融合受損導致的。此外，LC3 通過自身的 N 端介導自噬體與微管相互作用，還與微管相關蛋白輕鏈 1 A/B 發生間接相互作用以促進自噬體的轉運，因此 LC3 的 N 段可扮演雙重角色，不僅能為自噬體招募動力蛋白，還能作為一個銜接蛋白連接微管和自噬體的雙層膜結構。
綜上所述，微管作為自噬體的轉運“軌道”，在自噬體從細胞外周向 MTOC 的向心性轉運過程中發揮重要作用，還可能促進自噬體的合成以及自噬體與內體（溶酶體）的融合。另一方面，動力蛋白作為分子馬達連接自噬體和微管，參與調控自噬體在微管上的轉運。另有研究表明，酵母細胞中的自噬并不依賴于微管[18]，細胞自噬的微管依賴性可能只發生在哺乳動物細胞中。
2.2 微絲在自噬中的作用
肌動蛋白絲作為細胞骨架的主要成分與自噬之間的關系十分密切。最新的一系列研究證明，在哺乳動物細胞中，肌動蛋白絲的動態變化是自噬體形成與移動的關鍵[19]。肌動蛋白絲在成核蛋白、錨定蛋白以及固化蛋白質的調控下，為細胞不同部位的膜結構向自噬體的轉運提供了一個通暢的纖維網絡[20]。這個纖維網絡在結構上支撐自噬泡的擴張[21]、自噬體的移動以及與溶酶體有效融合[19]。迄今為止，少數的肌球蛋白也經證實在細胞自噬中發揮作用，例如：非肌性肌球蛋白ⅡA（non-muscle myosinⅡA，NMM2A）在自噬體形成初期的膜傳遞中發揮作用[22]，而肌球蛋白 1C（myosin 1C，MYO1C）和肌球蛋白Ⅵ（myosinⅥ，MYO6）[23]在最后階段為自噬體提供特定的膜，間接影響自噬體的成熟及自噬體與溶酶體的融合。
肌動蛋白和不同類型的肌球蛋白作用于自噬活動的不同階段，如圖 1 所示。首先，在啟動階段：饑餓或應激條件下，由哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）感知后，unc-51 樣激酶（unc-51 like kinase，ULK）復合體啟動自噬體的合成。ULK 復合體和Ⅲ型磷脂酰肌醇三磷酸激酶（phosphatidylinositol 3-kinase Ⅲ，PI3KⅢ）結合，后者在自噬前體上產生磷脂酰肌醇 3-磷酸（phosphatidylinositol 3-phosphate，PI3P）。擴展階段：肌動蛋白和 NMM2A 參與調控自噬相關蛋白 9（autophagy-related protein 9，ATG9）小泡的形成，ATG9 小泡在反面高爾基體管網狀結構（trans Golgi network，TGN）和內體間循環，并結合其他幾個來源的膜成分促進自噬前體的伸展。在肌動蛋白成核劑、肌動蛋白相關蛋白 2/3（actin-related proteins2/3，ARP2/3）復合體等的作用下，自噬前體內部的穹頂部位產生肌動蛋白網絡支架，該支架支撐自噬泡的擴展。MYO6 和自噬受體 Tax1 綁定蛋白 1（Tax1 binding protein 1，TAX1BP1）一起，共同構成連接泛素化細菌（線粒體）與自噬體膜上 LC3 之間的橋梁。然后，在封閉和成熟階段：LC3 參與自噬泡的延展、封閉和成熟，在此過程中，MYO6 通過與內體接頭蛋白的結合，介導自噬體與內體的融合。自噬體表面發生的肌動蛋白聚合反應形成微絲，微絲形成彗星拖尾一樣的聚合物，拖尾聚合物的快速組裝與去組裝可推動自噬體向溶酶體遷移。自噬體表面肌動蛋白彗星拖尾穩定地組裝與去組裝循環，使自噬體能以很快的速度移動[19]。此外，皮層蛋白參與調控自噬體在微絲上的固定，間接調控自噬體的運動。最后，在融合和降解階段，自噬體與溶酶體融合，其內容物被水解酶降解。在此過程中，膽固醇的轉運對于自噬和溶酶體的融合是必須的，而該過程受到 MYO1C 的調控，且依賴于肌動蛋白網絡的重構。
圖1
細胞骨架在自噬中的作用
Figure1.
Role of cytoskeleton in autophagy
綜上所述，細胞肌動蛋白絲是自噬發生發展的動力基礎，其組成成分肌動蛋白和肌球蛋白調控著自噬的多個階段。細胞自噬的微絲依賴性在酵母細胞和高等真核細胞中均有出現。
3 總結和展望
細胞骨架的主要成分微管、肌動蛋白絲以及相關組成蛋白在自噬中發揮重要調控作用。哺乳動物真核細胞里，自噬活動同時受到微管和微絲的調控，其中微管參與調控成熟自噬體的轉運，還可以促進自噬體的形成以及自噬體與溶酶體的融合。而肌動蛋白絲在相關蛋白的調控下，作為自噬前體擴展的結構支架，形成了肌動蛋白彗星拖尾并拖動自噬體，從而保證自噬體和溶酶體有效地融合。少數的肌球蛋白也在細胞自噬中發揮作用，例如：在自噬體的成熟階段，MYO6 直接通過自身的銜接蛋白（自噬受體）結合系統與自噬體發生相互作用，而 NMM2A 和 MYO1C 則通過調控膜轉運對自噬途徑產生間接影響，NMM2A 與肌動蛋白調節蛋白一起保證了在 TGN 位點 ATG9 小泡的形成以及從循環內涵體運送膜結構到自噬前體延伸位點。綜上所述，細胞骨架系統調控細胞自噬發生的多個階段，在細胞自噬發生過程中發揮重要作用。
自噬信號轉導通路的失活在人類眾多疾病（腫瘤、自身免疫性疾病、代謝紊亂以及心血管疾病）中均有發生，影響人體多個系統（包括中樞神經系統、心臟、骨骼肌及骨骼系統）[24]。NMM2A 表達異常與腫瘤和其他多種疾病（包括巨血小板減少癥、白內障、耳聾和腎小球硬化）密切相關[25]，MYO6 和 MYO1C 的突變是神經性聾的主要原因[26]。目前，肌球蛋白和肌動蛋白的突變和（或）缺失以及細胞骨架在人類疾病的作用是一個新興的研究領域，而這些研究均未考慮到由于細胞骨架異常引發的自噬功能變化，自噬功能的受限在細胞骨架相關疾病中的作用更有待進一步明確，此外，研究細胞骨架各成分在自噬各個階段發揮的確切作用將有助于進一步認識自噬相關疾病的發病機制以及開發新的創新性藥物。綜上所述，本文課題組未來將細胞骨架系統各成分對自噬發生發展的各個階段中的具體作用進行深入的探索和研究，重點關注在流體剪切力誘導細胞發生的自噬過程中的力學信號傳導通路以及細胞骨架系統對自噬進程的影響。
引言
自體吞噬，簡稱自噬，是細胞用來回收利用細胞質成分、廢棄或受損的細胞器的一種自體降解途徑。自噬與癌癥、神經退行性疾病（如帕金森病、阿爾茨海默氏病）和炎癥性腸炎等都有密切聯系[1-3]，自噬可在致病性細菌（如金黃色葡萄球菌）、病毒（如單純皰疹病毒）和細胞內寄生菌入侵時有效地保護細胞[4-5]。自噬在發揮細胞保護作用的同時，在一些病理條件下也是有害的，如腫瘤細胞可利用自噬途徑從放射性治療造成的損傷中恢復[6]。此外，多種細菌和病毒（如肝炎病毒）已進化出一套機制摧毀自噬以實現感染細胞和自我增殖[7]。因此，細胞自噬作為“雙刃劍”，既是一種保守的細胞防御措施，又是一種特殊類型的細胞程序性死亡。
細胞內膜系統（包括內質網、高爾基體、內體、溶酶體、液泡和細胞膜）通過在細胞不同部位之間的動態膜流動維持在一個相對穩定的狀態，這些物質轉運是通過供體細胞器的囊泡出芽，然后與受體融合實現的[8]。雖然自噬具有獨特的膜重構方式，但自噬體的運動與其他膜轉運方式一樣，在轉運的過程中均依賴于細胞骨架。最新的研究為細胞骨架系統與高等真核細胞自噬的相關性提供了證據，本文回顧和總結了有關細胞骨架系統不同成分和自噬之間的相互關系和作用機制方面的最新研究，明確了細胞骨架可以在多個層面調控細胞自噬的發生發展，有助于拓寬細胞自噬相關研究的方向，為研究自噬相關性疾病的發病機制以及開發藥物提供新的思路。
1 自噬及選擇性自噬
在真核細胞中，根據將底物轉運到溶酶體或液泡途徑的不同，自噬可分為巨自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）和分子伴侶介導的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）[9]，本文所涉及自噬類型主要為真核細胞巨自噬。自噬是唯一能夠同時分解代謝多種細胞成分（如蛋白質、脂類、糖類和核酸）的降解途徑。大多數組織的細胞中發生基礎水平的自噬，此過程有助于細胞質成分的正常運轉，細胞的自噬水平可在環境改變和（或）細胞因子的誘導作用下迅速升高，以適應和應對各種生理和病理變化。自噬在機體發育的細胞重構中非常重要，此外還參與調控細胞的生長和老化。自噬的特征性結構是雙層膜囊泡，發生的基本過程包括：首先在細胞質內，經過一系列膜重排，形成自噬體，這種雙層膜囊泡將細胞質材料和（或）細胞器隔離后，可與內涵體或者細胞內吞的吞噬泡融合，最后與溶酶體發生融合，其內容物被運送至溶酶體的活性水解腔內水解，最后其腔內的細胞器和其他細胞基質成分以及自噬體本身，均被分解成細胞的基本組成部分從而實現重新利用[10]。
長期以來，人們認為自噬是自噬體批量處理細胞質結構、受損和廢棄細胞器的過程。然而越來越多的證據表明，在一些自噬活動中，一類特殊的細胞結構被標記，并選擇性地運輸至自噬體內進行降解，這類自噬被稱為選擇性自噬[11]，例如，有專門針對過剩的過氧化物酶體、線粒體和內質網等細胞器的自噬體。目前研究較多的選擇性自噬包括胞質液泡靶向（cytoplasm-to-vacuole targeting，Cvt）途徑、線粒體自噬、內質網自噬、過氧化物酶體自噬、核糖體自噬和脂類自噬等[12]。選擇性自噬和非選擇性自噬的不同點在于，選擇性自噬進程中有一個額外的步驟，即囊泡的雙層膜在形成過程中同時要對轉運的貨物進行準確的選擇和識別[12]。參與特異性識別泛素化底物的泛素受體包括 P62 蛋白，BRCA1 基因 1 鄰位（neighbor of BRCAl gene 1，NRB1）、組蛋白去乙酰酶 6（histone deacetylation 6，HDAC6）、核點蛋白 52（nuclear dot protein 52，NDP52）等。在自噬體的內表面上，泛素受體蛋白一端和泛素化底物特異性結合，另一端和自噬體膜上的微管相關蛋白輕鏈 3（microtubule-associated protein light chain 3，MAPLC3，LC3）產生特異性相互作用[13]，這種雙重的結合能力使泛素受體能夠有效地將特異性細胞器或蛋白呈遞到雙層膜囊泡內。
2 細胞骨架在自噬中的作用
細胞骨架是一個復雜的纖維網狀結構體系，包括微管、微絲（肌動蛋白絲）和中間絲 3 種結構，它們都是由相應的蛋白亞基組裝而成。肌球蛋白（myosin）是依賴于微絲的分子馬達，而驅動蛋白（kinesin）、動力蛋白（dynesin）是依賴于微管的分子馬達。中間絲是最穩定的細胞骨架成分，對于中間絲與細胞自噬的相互關系的研究正處于剛起步階段，故不作為本文的論述重點。
2.1 微管在自噬中的作用
人們對于微管在自噬中的作用研究由來已久，這些研究一致確定微管可促進自噬體的運動。K?chl 等[14]研究發現，在饑餓誘導自噬之前，預先用微管聚合抑制劑（諾考達唑和長春堿）處理穩定表達綠色熒光蛋白標記的 LC3（green fluorescent protein-LC3，GFP-LC3）的大鼠肝細胞，測定自噬體合成的速度和數量以及利用溶酶體探針（lysotracker）監測自噬晚期內體（溶酶體）與自噬體的融合。結果顯示，微管不僅促進自噬體形成，而且加速自噬晚期內體（溶酶體）與自噬體的融合。但是 Fass 等[15]提出與此并不相同的觀點，在穩定表達 GFP-LC3 的倉鼠卵巢細胞系中，自噬體集中在微管組織中心（microtubule organizing center，MTOC）周圍，利用活體成像系統進一步監測發現，只有成熟的自噬體與微管結合，且沿著這些微管的延伸方向移動。而在微管缺失的情況下，細胞內成熟自噬體的數量明顯減少，但是并不影響自噬體與溶酶體的結合。鑒于以上研究結果，我們猜測，他們數據之間的差異性可能是由于使用不同的細胞系造成的。
最新研究證明，微管聚合發生障礙只是延緩了自噬體到達附近鄰近內涵體和溶酶體所處的位置，從而使其融合發生延遲。Jahreiss 等[16]利用熒光顯微鏡和活細胞成像技術發現，在正常大鼠腎細胞中，絕大多數晚期內體（溶酶體）都集中在環繞 MTOC 的核周區，而自噬體的形成則隨機地分布在細胞的外圍。顯然，如果自噬體要與晚期內體（溶酶體）發生融合，那么自噬體必須從空間上接近它們。他們發現，新形成的自噬體沿著微管雙向移動，并最終像晚期內含體（溶酶體）一樣集中在核周區。MTOC 導向的自噬體向心性轉運依賴于微管，當使用藥物抑制微管聚合時，這種向心性地轉運隨之終止。
緊接著，研究者進一步研究了微管是如何連接到自噬體的。研究顯示，自噬體是通過動力蛋白連接微管，并沿著微管軌道方向，向位于 MTOC 附近的溶酶體進行定向轉運的[17]。值的一提的是，動力蛋白的功能缺失與某些神經退行性疾病密切相關，動力蛋白的喪失導致自噬水平的降低，對易累積蛋白的清除作用減弱，易累積蛋白水平升高，同時 2 型 LC3 水平升高，自噬體與溶酶體發生融合缺陷。這些研究對之前的研究做出了補充，即雖然微管解聚藥物抑制了易累積蛋白聚集物的形成，但這種治療導致易累積蛋白整體水平的增加，這種增加是由于自噬體晚期內體（溶酶體）融合受損導致的。此外，LC3 通過自身的 N 端介導自噬體與微管相互作用，還與微管相關蛋白輕鏈 1 A/B 發生間接相互作用以促進自噬體的轉運，因此 LC3 的 N 段可扮演雙重角色，不僅能為自噬體招募動力蛋白，還能作為一個銜接蛋白連接微管和自噬體的雙層膜結構。
綜上所述，微管作為自噬體的轉運“軌道”，在自噬體從細胞外周向 MTOC 的向心性轉運過程中發揮重要作用，還可能促進自噬體的合成以及自噬體與內體（溶酶體）的融合。另一方面，動力蛋白作為分子馬達連接自噬體和微管，參與調控自噬體在微管上的轉運。另有研究表明，酵母細胞中的自噬并不依賴于微管[18]，細胞自噬的微管依賴性可能只發生在哺乳動物細胞中。
2.2 微絲在自噬中的作用
肌動蛋白絲作為細胞骨架的主要成分與自噬之間的關系十分密切。最新的一系列研究證明，在哺乳動物細胞中，肌動蛋白絲的動態變化是自噬體形成與移動的關鍵[19]。肌動蛋白絲在成核蛋白、錨定蛋白以及固化蛋白質的調控下，為細胞不同部位的膜結構向自噬體的轉運提供了一個通暢的纖維網絡[20]。這個纖維網絡在結構上支撐自噬泡的擴張[21]、自噬體的移動以及與溶酶體有效融合[19]。迄今為止，少數的肌球蛋白也經證實在細胞自噬中發揮作用，例如：非肌性肌球蛋白ⅡA（non-muscle myosinⅡA，NMM2A）在自噬體形成初期的膜傳遞中發揮作用[22]，而肌球蛋白 1C（myosin 1C，MYO1C）和肌球蛋白Ⅵ（myosinⅥ，MYO6）[23]在最后階段為自噬體提供特定的膜，間接影響自噬體的成熟及自噬體與溶酶體的融合。
肌動蛋白和不同類型的肌球蛋白作用于自噬活動的不同階段，如圖 1 所示。首先，在啟動階段：饑餓或應激條件下，由哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）感知后，unc-51 樣激酶（unc-51 like kinase，ULK）復合體啟動自噬體的合成。ULK 復合體和Ⅲ型磷脂酰肌醇三磷酸激酶（phosphatidylinositol 3-kinase Ⅲ，PI3KⅢ）結合，后者在自噬前體上產生磷脂酰肌醇 3-磷酸（phosphatidylinositol 3-phosphate，PI3P）。擴展階段：肌動蛋白和 NMM2A 參與調控自噬相關蛋白 9（autophagy-related protein 9，ATG9）小泡的形成，ATG9 小泡在反面高爾基體管網狀結構（trans Golgi network，TGN）和內體間循環，并結合其他幾個來源的膜成分促進自噬前體的伸展。在肌動蛋白成核劑、肌動蛋白相關蛋白 2/3（actin-related proteins2/3，ARP2/3）復合體等的作用下，自噬前體內部的穹頂部位產生肌動蛋白網絡支架，該支架支撐自噬泡的擴展。MYO6 和自噬受體 Tax1 綁定蛋白 1（Tax1 binding protein 1，TAX1BP1）一起，共同構成連接泛素化細菌（線粒體）與自噬體膜上 LC3 之間的橋梁。然后，在封閉和成熟階段：LC3 參與自噬泡的延展、封閉和成熟，在此過程中，MYO6 通過與內體接頭蛋白的結合，介導自噬體與內體的融合。自噬體表面發生的肌動蛋白聚合反應形成微絲，微絲形成彗星拖尾一樣的聚合物，拖尾聚合物的快速組裝與去組裝可推動自噬體向溶酶體遷移。自噬體表面肌動蛋白彗星拖尾穩定地組裝與去組裝循環，使自噬體能以很快的速度移動[19]。此外，皮層蛋白參與調控自噬體在微絲上的固定，間接調控自噬體的運動。最后，在融合和降解階段，自噬體與溶酶體融合，其內容物被水解酶降解。在此過程中，膽固醇的轉運對于自噬和溶酶體的融合是必須的，而該過程受到 MYO1C 的調控，且依賴于肌動蛋白網絡的重構。
圖1
細胞骨架在自噬中的作用
Figure1.
Role of cytoskeleton in autophagy
綜上所述，細胞肌動蛋白絲是自噬發生發展的動力基礎，其組成成分肌動蛋白和肌球蛋白調控著自噬的多個階段。細胞自噬的微絲依賴性在酵母細胞和高等真核細胞中均有出現。
3 總結和展望
細胞骨架的主要成分微管、肌動蛋白絲以及相關組成蛋白在自噬中發揮重要調控作用。哺乳動物真核細胞里，自噬活動同時受到微管和微絲的調控，其中微管參與調控成熟自噬體的轉運，還可以促進自噬體的形成以及自噬體與溶酶體的融合。而肌動蛋白絲在相關蛋白的調控下，作為自噬前體擴展的結構支架，形成了肌動蛋白彗星拖尾并拖動自噬體，從而保證自噬體和溶酶體有效地融合。少數的肌球蛋白也在細胞自噬中發揮作用，例如：在自噬體的成熟階段，MYO6 直接通過自身的銜接蛋白（自噬受體）結合系統與自噬體發生相互作用，而 NMM2A 和 MYO1C 則通過調控膜轉運對自噬途徑產生間接影響，NMM2A 與肌動蛋白調節蛋白一起保證了在 TGN 位點 ATG9 小泡的形成以及從循環內涵體運送膜結構到自噬前體延伸位點。綜上所述，細胞骨架系統調控細胞自噬發生的多個階段，在細胞自噬發生過程中發揮重要作用。
自噬信號轉導通路的失活在人類眾多疾病（腫瘤、自身免疫性疾病、代謝紊亂以及心血管疾病）中均有發生，影響人體多個系統（包括中樞神經系統、心臟、骨骼肌及骨骼系統）[24]。NMM2A 表達異常與腫瘤和其他多種疾病（包括巨血小板減少癥、白內障、耳聾和腎小球硬化）密切相關[25]，MYO6 和 MYO1C 的突變是神經性聾的主要原因[26]。目前，肌球蛋白和肌動蛋白的突變和（或）缺失以及細胞骨架在人類疾病的作用是一個新興的研究領域，而這些研究均未考慮到由于細胞骨架異常引發的自噬功能變化，自噬功能的受限在細胞骨架相關疾病中的作用更有待進一步明確，此外，研究細胞骨架各成分在自噬各個階段發揮的確切作用將有助于進一步認識自噬相關疾病的發病機制以及開發新的創新性藥物。綜上所述，本文課題組未來將細胞骨架系統各成分對自噬發生發展的各個階段中的具體作用進行深入的探索和研究，重點關注在流體剪切力誘導細胞發生的自噬過程中的力學信號傳導通路以及細胞骨架系統對自噬進程的影響。
