BESA THURSDAY )比薩攝食日（三十六）迷你垃圾回收系統-細胞的自噬作用

撰文/ 洪尚煒

編輯/ 蔡瓈葶

圖/ 洪尚煒

人類的身體約由40兆個細胞所組成，當體內進行各種活動如：心臟跳動、腸道吸收營養或是絞盡腦汁思考時，皆需依賴細胞不停地進行複雜的生化反應，過程中身體必需供給細胞大量的能量及物質，同時也會伴隨大量廢物的產生，廢物若無法及時清除，將會使生物體造成極大的負擔，因此，下至酵母菌上至人類，幾乎所有真核生物的細胞都具有一個重要的機制，那就是細胞的自噬作用(Autophagy)。

一、何謂細胞自噬？

細胞自噬是一種將受損的胞器、錯誤折疊的蛋白質及其他不需要的大分子等物質運送至溶體(lysosome)中，並利用溶體裡的溶菌酶(lysozyme)中進行降解(degradation)並再次利用的過程。簡單來說，就像是我們會收集垃圾並加以分類，並利用現有的技術將垃圾再次轉換成人類生活中的必需品，以減少資源消耗壓力並避免生活環境被廢棄物包圍而無法供給人類生存。

細胞自噬又細分為三大類:巨自噬作用(macroautophagy)、微自噬作用(microautophagy)、伴侶分子介導自噬作用(Chaperone-mediated autophagy, CMA)，分別說明如下：

(1)巨自噬作用是主要的自噬途徑，用於清除受損的胞器或未被使用的蛋白質，其中巨自噬作用又可細分為本體自噬和選擇性自噬(bulk and selective autophagy)，而在選擇性自噬中，又細分為粒線體自噬作用、脂自噬作用、過氧化物酶體自噬作用、葉綠體自噬作用及核糖體自噬作用等。

(2)微自噬作用則是將細胞質內的物質直接吞噬到溶體中。

(3) 伴侶分子介導自噬作用（CMA）則是一種非常複雜和特異的途徑，包含熱休克蛋白70(heat shock protein of 70 kDa，hsc70)的複合物識別，參與過程的蛋白質必須包含hsc70複合物的識別點，而這使其能夠與該分子伴侶結合，形成CMA-底物/分子伴侶複合物。CMA與其他類型自噬作用的明顯差異主要是CMA是以一種方式依序轉運蛋白質，並且對物質穿過溶體的屏障具有極高的選擇性。

二、細胞自噬機制

2016年的諾貝爾生醫獎得主大隅良典博士因「對細胞自噬機制的開創性貢獻」而獲獎。雖然大隅博士在1993年發現了和自噬作用有著極大的關係的酵母菌-ATG基因使得這方面的研究有飛躍性的突破，但實際上自噬作用的詳細機制仍未完全明瞭，一般認為有以下五大步驟：

(1)形成膜：當不良的胞器與無用的蛋白質和內質網(endoplasmic reticulum)接觸，就會形成隔離膜，但隔離膜的起源尚未明瞭。

(2)被膜包圍:剛剛形成的膜開始將許多破損的胞器及廢物包覆住。

(3)完全包進膜內:當膜完全包覆住時，所形成的球狀物稱為「自噬小體」，而此時溶體靠過來，準備將溶菌酶注入自噬小體中。

(4)自噬小體與溶體結合:溶體將溶菌酶注入自噬小體中，並且開始分解破損胞器等物質。

(5)完成分解：當物質完全被分解後，這些小分子會被回收再利用，重新成為構築細胞的成分。

雖然尚未有完整的科學證據來闡明細胞自噬的機制，但是科學家已經發現許多疾病與自噬作用的異常相關，這同時也為某些疾病的治癒帶來了無限希望。

三、與細胞自噬相關的臨床疾病

目前已有越來越多科學家懷疑自噬作用的異常與各式疾病成因有關，其中，神經異常化而引發的疾病被指出與細胞自噬有高度相關。2013年，日本發現了一種與自噬作用有關的基因(WDR45)異常所引發的疾病，此種疾病叫做「SENDA」，是因為腦內積存鐵而發生的嚴重智能障礙及運動障礙，是一種神經變性疾病。鐵蛋白(ferritin)是細胞自噬作用過程中會被隔離膜包覆的物質之一，因此可推論SENDA患者腦內積存大量的鐵極可能是因為細胞自噬沒有發揮作用而引發疾病。

另外，依據目前的研究成果得知，部分癌細胞的自噬作用比正常細胞活潑，因此美國也著手開始利用細胞自噬作用去探討並開始有關癌症治療的臨床試驗。其他像是帕金森氏症、阿茲海默症、抑鬱症、青光眼、不育症等疾病的成因也都被認為可能與自噬作用的異常有關，若未來科學家能夠在這方面有所斬獲，一定能為更多病友帶來福音！

【參考資料】

1. 細胞保衛戰——細胞自噬現象的運作,2017/07/05

2. 細胞自噬的機制與可能的臨床醫療應用,臺中醫林94期

3. 生命奧秘：細胞自噬或許開啟延年益壽大門,BBC NEWS,2018/05/07