細胞大掃除：自噬作用 (Autophagy)
臺北市立建國高級中學生物科黃慧茹實習老師/國立臺灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

細胞本身就可以比喻成小型工廠，許多不同的部門（胞器）在分工合作以維持工廠（細胞）的最佳運作，那如果生產線中出現了不良產品時該怎麼辦呢？沒錯！要有回收或是銷毀系統，所以細胞內也是可藉由自身內部微小的「吸塵器」，清理老舊的蛋白質、失常的胞器以及入侵的微生物，這個過程稱為「自噬作用，autophagy」。

當細胞接受到養分不足、氧氣不足等訊息時，細胞膜上具有訊號接收站能夠將訊息往細胞內回報，此時細胞內的多種蛋白質和脂質先形成彎月狀的雙層膜構造，稱為吞噬泡(phagophore)，吞噬泡會藉由增加新的膜逐漸增大，並且將受損的胞器或蛋白質包圍，最後凹陷端關閉成為囊狀構造的自噬體(auto- phagosome)，這個自噬體就類似於細胞內的垃圾車，準備將垃圾載往垃圾處理場，垃圾處理場就是溶體，自噬體的外層膜會與溶體(lysosome)的膜融合形成「自噬溶小體，autolysosome」，藉由溶體內水解酵素分解老舊胞器或蛋白質成小分子物質，其中小分子物質如胺基酸則可以再回收利用成為材料，如此完成自噬作用。

不過有時候在嚴重受損的細胞中，垃圾多到垃圾處理場無法負荷時，細胞為顧全大局，原本預備被吞入的受損胞器也可能同時釋放訊號引發細胞凋亡(細胞自殺)，細胞凋亡本身也是一連串複雜的訊息傳遞過程，最後會啟動胞內多種水解酵素分解所有胞器及蛋白質，進而造成細胞萎縮死亡。細胞凋亡與自噬作用不同，細胞凋亡就是細胞注定要死亡，但是自噬作用可依細胞內垃圾堆積的程度選擇細胞的存亡與否，所以細胞凋亡與細胞自噬彼此密切又謹慎地相互平衡。

為什麼細胞會有這麼巧妙的安排呢？關於自噬作用的演化成因，科學家推測可能是要應付細胞的飢餓狀態，或做為原始的免疫防禦機制，也可能兩者兼具。所以當我們飢餓卻無法馬上攝食時，身體的各項功能並不會馬上停止，首先是脂肪細胞會先開始將儲備的養分加以分解，最後可能連肌肉細胞的成分都有可能被利用，這些都是要維持必要的代謝作用。

雖然正常細胞會利用自噬作用進行大掃除，許多神經退化性疾病如阿滋海默症的成因就是自噬作用失調，導致細胞內堆積太多垃圾，損壞細胞正常功能。但是，相對的，癌細胞也會利用自噬作用來充飢以延長細胞壽命。因此，有科學家進行抑制腫瘤細胞的自噬作用，作為對抗癌症的策略，不過遺憾的是，抑制腫瘤細胞自噬作用可能會增加癌細胞的基因突變，反而使病人病情惡化，造成對抗癌症更為棘手。

簡而言之，細胞的存亡是取決於自噬作用和細胞凋亡的平衡，其中牽涉許多訊息傳導路徑，目前許多科學家正努力釐清其中調控的機制。

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2016年10月04日02:10 

 

 

日本分子細胞生物學家大隅良典，因為對於「細胞自噬」（autophagy）機制的研究成就，於昨天獲得諾貝爾生醫獎。一時間，眾人都在好奇地問，什麼是細胞自噬?細胞自噬對人體有哪些作用？研究細胞自噬能帶來什麼福音？對此，富士電視台FNN報導，事實上人類會分解自己本身的細胞，製造胺基酸。把自己細胞吃掉的機制就稱為自噬。我們會吃魚或肉來攝取胺基酸，但光這樣不夠。一個人大約有60兆個細胞，每個細胞各自回收細胞內的物質、製造胺基酸來維持生命活動。當中分解的東西大多是細胞內的蛋白質。這些蛋白質外圍有一層膜，它跟含有酵素的小袋子融合。之後蛋白質被分解，而在細胞當中產生胺基酸。這就是細胞自噬。報導還訪問已著眼於細胞自噬，藉以研究抗老化的化妝品公司，日本POLA化成工業肌科研究部副主任坂田綾表示，目前已知神經細胞中，老化和細胞自噬的關係，但大家還不知道肌膚會產生膠原蛋白的真皮細胞裡，老化和細胞自噬的關係性如何，因此，該公司已開始相關研究。這家日本頂級貴婦化妝品公司早自2009年起，就將細胞自噬運用於美容液的商品開發，並發現美麗肌膚都會發出一種光的波長。據說，這種光是細胞自噬過程的產物，目前研究還在進行中。新華社則指出，細胞自噬是一種細胞自身成分分解並回收利用的基本過程。通俗地說，細胞可以通過分解自身不必要的成分來提供營養和能量，也可以降解一些毒性成分，以阻止細胞損傷和凋亡。自噬的概念於1960年代就被提出，當時研究人員發現，細胞能將自身成分用膜包起來，形成囊泡並運送到溶小體（細胞中的小隔間，可分解細胞成分），從而將其分解。但有關機制一直不為人知。大隅良典的重要成就是利用酵母開展實驗，發現了對細胞自噬機制具有決定性意義的基因。基於這個研究成果，他隨後又闡明瞭自噬機制的原理，並證明人類細胞也有相同的自噬機制。細胞自噬近年來受到矚目的一個很重要原因在於它與疾病相關，能用於抗老化的研究。細胞中的受損蛋白質累積是生物體老化的一個重要特徵。而細胞自噬可擔任合格的品管員，消滅受損的蛋白質，以對抗衰老帶來的負面影響。大隅良典的研究成果讓大家明白了細胞自噬的關鍵基因和運作機制，有助於人類更了解細胞如何實現自身的循環利用，從而找到抗衰老的辦法。細胞自噬過程能快速提供能量，為細胞成分更新提供原材料，因此在細胞因應饑餓或其他挑戰時，都能發揮重要作用。如果發生了感染，細胞自噬還能消滅入侵的細菌和病毒。胚胎發育和細胞分化也都離不開細胞自噬。如果細胞自噬基因發生突變，那身體也會亮紅燈。現有研究顯示，細胞自噬突變與老年人群體中常見的帕金森氏病、第二型糖尿病等有關。細胞自噬突變還會引發一些基因疾病及癌症。因此研究人員認為，借助大隅良典的成果，研究出可干擾細胞自噬的藥物，是治療上述疾病的一個新方向。（國際中心／綜合外電報導）

參考資料
1.科學人。第81期。2008年11月號 p.114-122
2.細胞自噬蛋白Atg8表面的功能區域之定性分析論文摘要 何恭憲 2007.11.27臺灣大學碩博士論文網 http://www.cetd.com.tw
3.The WORLD of the CELL 5th edition Becker，Kleinsmith，Hardin 2002
Benjamin Cummings p.353-357
4.新浪新聞網 http://financenews.sina.com/sinacn/304- … 007-07-15/
1817500029.html
5.百度百科 http://baike.baidu.com/view/294022.html?fromtaglist
6.生命經緯 http://news.biox.cn/content/200701/2007 … 38_27.html