自噬(autophagy)是由Ashford和Porter在1962年发现细胞内有"自己吃自己"的现象后提出的，是指从粗面内质网的无核糖体附着区脱落的双层膜包裹部分胞质和细胞内需降解的细胞器、蛋白质等成分形成自噬体(autophagosome)，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物，以实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新。
自噬是一种细胞自身分解的生理现象，通过自身产生的酶将不需要的细胞器、蛋白质等有机物降解为基础物质来维持细胞内环境的稳定。它在调节细胞代谢、清除老化或受损细胞成分以及应对环境压力等方面发挥重要作用。自噬还与多种疾病如神经退行性病变、心血管疾病、癌症等密切相关。因此，自噬的研究对于探索生命本质、开发治疗新靶点具有重要意义。
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自噬的分类
根据细胞物质通向溶酶体途径的不同，自噬一般分为三类：巨自噬 (macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy)。
巨自噬其特征是双层膜结构“自噬体”的形成，自噬体包裹胞质成分，如蛋白质聚集体、损伤或衰老的线粒体、过氧化物酶体等，最终与溶酶体融合。
微自噬则是溶酶体直接内陷成囊泡，包裹部分胞质进入溶酶体，没有独立的双层膜自噬体形成。
分子伴侣介导的自噬则不依赖囊泡结构，直接借助伴侣蛋白Hsc70，特异性地降解带有独特识别五肽基序（KFERQ样）的靶蛋白，溶酶体膜上的受体蛋白LAMP2A识别结合蛋白暴露的KFERQ基团，引导靶蛋白进入溶酶体降解，具有高度选择性。
当然，部分巨自噬和微自噬也会对“货物”有选择性，比如Cvt途径、过氧化物酶体自噬和线粒体自噬、内质网自噬等。这些选择性自噬的主要过程与非选择性自噬基本类似，但选择性自噬有自己特异的受体蛋白介导特定的包含物配体，即有识别底物的过程。
此外，据细胞所处环境及自噬发生的程度不同，细胞自噬还可分为基础自噬和诱导自噬。基础自噬是一种在大多数细胞中持续发生而水平相对较低的细胞自噬过程，对细胞内物质的更新及内稳态的维持具有不可或缺作用；诱导自噬则属于一种应激状态，其发生程度明显强烈，在细胞应对外界恶劣环境、维持生存中发挥重要功能。
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自噬的过程
巨自噬作为经典的细胞自噬，也是过程最复杂的一种自噬。其发现最早，机制研究最清晰，因此也被狭义的等同为细胞自噬，下文中的自噬不作特别说明即为巨自噬。其发生可分为以下几个阶段：
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自噬诱导阶段（Induction）
主要通过ATG1/ULK1复合体(包括ATG1/ULK1、ATG13、FIP200和ATG101)来介导。在营养丰富的条件下，雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)与ATG1/ULK1复合物结合，会磷酸化ATG1/ULK1和ATG13，导致它们失活，抑制自噬发生。当缺乏营养或用雷帕霉素（Rapamycin，mTORC1复合物抑制剂）处理时，mTORC1从复合物中解离，ATG1/ULK1和ATG13磷酸化水平降低，ATG1/ULK1复合物形成，自噬启动。（注：ATG1即Yoshinori Ohsumi发现并命名的第一个酵母自噬相关基因，ULK1是哺乳动物中ATG1的同源蛋白。）
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前体成核阶段（Nucleation）
主要由Vps34-Beclin 1复合体介导，该复合物由Vps34（PIK3C3）、Beclin 1（ATG6）、Vps15（PIK3R4或p150）和ATG14组成，可生成Ptdins3P，招募其他效应蛋白，介导吞噬泡成核；还可召集ATG12-ATG5-ATG16复合物以及LC3，并通过后两者促进吞噬泡膜的延伸。
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延伸阶段（Elongation）
自噬前体形成之后，吞噬泡膜会继续延伸，直至完全包裹内容物。在此过程中，两个泛素样蛋白(UBL)修饰系统发挥关键作用。
第一个是ATG5-ATG12复合体。ATG12作为类泛素蛋白，在ATG7（类E1泛素活化酶）和ATG10（类E2泛素转移酶）的作用下，结合ATG5，生成ATG12-ATG5复合物。随后该复合物又与ATG16结合形成ATG12-ATG5-ATG16复合物，该复合物具有类E3泛素连接酶活性。
第二个是ATG8/LC3系统。ATG8（LC3）作为泛素样蛋白，首先被半胱氨酸蛋白酶ATG4切割成胞浆可溶性的LC3-I，然后被ATG7（类E1酶）激活处理，在ATG3（类E2酶）和ATG12-ATG5-ATG16复合物的作用下，最后与脂质磷脂酰乙醇胺(PE)共价结合，形成脂溶性的LC3-PE(LC3-II)，参与自噬体的延伸。
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自噬体成熟阶段
随着自噬体的扩张和封闭，自噬体经历成熟过程，包括逐渐清除在自噬体外膜上的ATGs蛋白，招募负责溶酶体传递的蛋白和介导与溶酶体融合的蛋白。
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自噬体与溶酶体融合阶段（Fusion）
自噬体与溶酶体融合，首先自噬体外膜与溶酶体膜融合，形成自噬溶酶体（autolysosome）。随后自噬体内膜和内容物被溶酶体内的脂酶和蛋白酶降解为小分子，被细胞重新利用。细胞骨架成分和相关的运动蛋白，栓系因子（Tethering factors），磷脂和特定的SNAREs复合物，已经被确定为确保精确和有效融合的重要角色。
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自噬信号通路解析
按图索骥，找找看，让大隅良典教授获得诺奖的Atg13蛋白靶点在信号通路中吗？
接下来，让我们深入浅出，5分钟看懂这个信号通路。
mTOR激酶是自体吞噬诱导过程中关键的分子，激活mTOR的通路如Akt和MAPK信号通路抑制自体吞噬，负调控mTOR的通路如AMPK和p53信号通路促进自体吞噬。
ULK是自噬关键核心蛋白中唯一一个具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的蛋白。在自噬溶酶体组装前自噬信号是通过由ULK1或ULK2、FIP200和mATG13组成的ULK复合物的活化介导的。ULK1复合物在体内是连接上游营养或能量感受器mTOR和 AMPK与下游自噬体形成的桥梁。磷酸化的ULK1一直以来都被认为是自噬的一个关键调控因子，目前发现AMPK和mTOR这两个激酶可催化ULK1的磷酸化，这在自噬中起着十分重要的作用。在饥饿条件下AMPK活化，mTOR失活，活化的AMPK催化ULK1第317、467、555、574、637和777位丝氨酸发生磷酸化从而促进自噬。在营养充足的情况下AMPK失活，mTOR可与ULK1第757位丝氨酸结合抑制ULK1-AMPK的相互作用，导致ULK1的失活，最终关闭自噬信号。
III级PI3K复合体，包括了hVps34，Beclin-1 (酵母Atg6的哺乳动物同源物)，p150 (酵母Vps15的哺乳动物同源物)和Atg14-like 蛋白(Atg14L 或 Barkor) 或抗紫外线照射相关基因 (UVRAG)，都是自体吞噬诱导所需要的。
Atg基因通过Atg12-Atg5 和 LC3-II (Atg8-II) 复合物控制自噬体的形成。
Atg12以需要Atg7和Atg10(分别为E1 和 E2样酶)的泛素样反应与Atg5偶联。然后，Atg12–Atg5连接物与Atg16非共价反应形成更大的复合物。
LC3/Atg8的C端被Atg4蛋白酶酶切后生成细胞质LC3-I。LC3-I 与磷脂酰乙醇胺(PE)也以泛素样反应的方式连接，这个反应需要Atg7 和 Atg3 (分别为E1 和 E2样酶). LC3的脂质形式，即LC3-II，吸附在自噬体膜上。
凋亡和自噬之间同时有正的和负的联系，两个过程间存在广泛信号“交谈”。当营养缺乏时，自噬具有促细胞生存的功能，但是过多的自噬会导致自噬性细胞死亡，这是在形态上和凋亡不同的过程。
一些促凋亡信号,如 TNF, TRAIL和FADD,同样诱导自噬。另外Bcl-2能抑制Beclin-1依赖的自噬，所以它既具有促生存的功能又具有抑制自噬的功能。
线粒体自噬是一种选择性自噬过程，可特异性地从细胞移除受损或不需要的线粒体部分。PINK 蛋白在健康状态下通过 PARL 的作用持续降解，而在线粒体损伤时，PINK 稳定并招募 E3 连接酶 Parkin ，以启动自噬。线粒体膜蛋白通过 Parkin 的多聚泛素化作用导致自噬连接蛋白 SQSTM1/p62、NBR1 和 Ambra1 聚集，并通过 LC3-作用区域 (LIR) 结合到 LC3上。另外，BNIP3 和 BNIP3L/NIX 也含有 LIRs，可通过非泛素化机制直接聚集自噬机制因素，从而在某些细胞类型中诱导自噬体的形成。
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自噬相关文献
Topology regulation of nanomedicine for autophagy-augmented ferroptosis and cancer immunotherapy
Sci Bull (Beijing).（IF：20.57）
DOI: 10.1016/j.scib.2022.12.030
由于强效铁死亡诱导剂的缺乏，对癌症开发基于铁死亡的治疗药物和方案极具挑战性。受纳米颗粒在调节细胞功能/状态方面的拓扑效应的启发，作者合理设计了一种特定的四足动物铁死亡诱导剂铁钯（FePd）纳米晶体，用于物理激活自噬增强铁死亡和增强癌症免疫治疗。这个四足动物FePd纳米晶体具有较强的过氧化物酶-/谷胱甘肽氧化酶模拟生物活性，从而促进癌细胞铁死亡。FePd纳米晶体特殊的尖刺形态和纳米结构同时诱导自噬，增强癌细胞的铁死亡，触发巨噬细胞释放炎症细胞因子，增强抗pd-l1抗体介导的免疫治疗，在三种荷瘤动物模型中协同达到最大的抗肿瘤作用。这种独特的物理激活策略通过精确的形态调整来有效地治疗癌症，为有效的肿瘤治疗的纳米医学设计提供了一个范例。
Autophagy controls mucus secretion from intestinal goblet cells by alleviating ER stress
Cell Host Microbe.（IF：31.32）
DOI: 10.1016/j.chom.2023.01.006
结肠杯状细胞是一种特殊的上皮细胞，通过分泌黏液实现宿主及其微生物群的物理分离，从而防止细菌入侵和炎症。关于杯状细胞如何控制黏液的分泌量尚不清楚。这篇研究作者通过Beclin 1激活小鼠自噬的结构性激活，减少内质网应激，进而产生更厚、更不易穿透的黏液层。基因抑制beclin1诱导的自噬会损害黏液分泌，而药物上缓解内质网应激会导致过度黏液产生。这种内质网应激介导的黏液分泌调节依赖于微生物群的，且需要克罗恩斯疾病风险基因Nod2的表达。黏液的过量产生会导致肠道微生物群改变，并防止化学和微生物驱动的肠道炎症。因此，内质网应激是一种限制黏液分泌的细胞内在开关，而自噬通过缓解内质网应激来维持肠道内稳态。
Exosomal LOC85009 inhibits docetaxel resistance in lung adenocarcinoma through regulating ATG5-induced autophagy
Drug Resist Updat （IF：22.84）
DOI: 10.1016/j.drup.2022.100915
这篇文献旨在研究LOC85009的相邻lncRNA在肺腺癌（LUAD）多西紫杉醇（DTX）耐药中的作用。作者通过RT-qPCR分析LOC85009在DTX耐药LUAD细胞中的表达，体内外实验检测LOC85009对LUAD细胞生长和异种移植瘤生长的影响，随后用DNA-pulldown、RNA-pulldown、ChIP、CoIP和RIP等技术检测相关信号分子的直接相互作用。结果表明外泌体LOC85009抑制DTX耐药、增殖和自噬，同时诱导DTX耐药细胞凋亡。此外，作者发现LOC85009隔离了泛素特异性蛋白酶5（USP5），从而破坏上游转录因子USF1蛋白的稳定，从而使ATG5转录失活。最后作者表示外泌体LOC85009通过USP5/USF1轴调控ATG5诱导的自噬，抑制DTX耐药性，这表明LOC85009可能是LUAD治疗中逆转DTX耐药性的潜在靶点。
Inhibiting cardiac autophagy suppresses Zika virus replication
J Med Virol （IF：20.69）
DOI: 10.1002/jmv.28483
Zika病毒（ZIKV）感染是一个全球性的威胁，它除了会引起先天性神经系统疾病外，还被报道可诱发心脏并发症。然而，目前尚无确切的治疗手段。因此，阐明ZIKV在心脏中的致病机制对于有效预防和治疗ZIKV感染至关重要。这篇研究通过成功建立ZIKV感染的体外心肌细胞和体内小鼠模型，来研究自噬在ZIKV感染中的作用。结果表明，ZIKV感染具有时间依赖性和梯度依赖性。在ZIKV感染后，关键的自噬蛋白LC3B显著增加。同时，采用免疫荧光法检测自噬通量。使用自噬抑制剂可降低LC3B水平。此外，对病毒拷贝数进行定量分析，以评估感染过程中自噬的影响。作者发现自噬积极参与ZIKV感染，抑制自噬可有效减少病毒拷贝，有利于发现减少ZIKV感染和ZIKV引起的不良并发症的潜在干预策略。
Recent Advances in the Role of Autophagy in Endocrine-Dependent Tumors
Endocr Rev. （IF：25.26）
DOI: 10.1210/endrev/bnad001
自噬通过促进细胞代谢和清除受损底物，在多种癌症类型包括内分泌依赖性癌症中发挥着重要作用。这种过程在不同的肿瘤类型中具有双重功能，它在早期阶段可以抑制肿瘤，但在已确定的疾病中可以促进肿瘤。这篇综述强调了自噬在内分泌依赖性肿瘤中，在癌症起始、肿瘤发生、转移和治疗反应方面的有争议的作用。作者总结了迄今为止的临床试验结果，并强调需要进一步进行内分泌依赖肿瘤，特别是乳腺癌和前列腺癌的机制、临床前和临床研究。
The emerging mechanisms and functions of microautophagy
Nature reviews Molecular cell biology （IF:113.915）
本综述讨论了目前对自噬在癌症发生、发展和治疗过程中的作用的理解和最新进展。同时还还讨论了自噬在肿瘤环境中的作用，以及研究基质细胞自噬如何影响肿瘤生物学各个方面的最新发现。此外，文章提出越来越多的证据表明 ATG 蛋白用于许多不同于经典自噬的替代过程，这些过程被广泛称为“自噬相关”途径。文章还讨论了 ATG 蛋白的这些额外功能及其对恶性疾病进展的潜在贡献。最后，描述和讨论了目前正在研究和开发的治疗进展，以靶向自噬来治疗肿瘤发展。
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