线粒体自噬：细胞器的选择性自噬
线粒体，作为一种双层膜半自主细胞器，它是细胞中制造能量的结构，是细胞有氧呼吸和利用氧化磷酸化产生ATP的场所的主要场所。其“大佬”地位毋庸置疑，但它的功能状态与线粒体膜电位、线粒体膜通道、线粒体Ca2+浓度、呼吸链复合体活性、活性氧生成以及DNA突变密切相关。线粒体质量控制通过蛋白质平衡、线粒体自噬、动力学和生物发生等方式的协调来维持线粒体的完整性和功能。■什么时候发生线粒体自噬？线粒体自噬(Mitochondrialautophagy,mitophagy)作为一种重要线粒体质量控制机制，在活性氧(ROS)胁迫等应激作用下，会导致线粒体DNA(MitochondrialDNA,mtDNA)突变逐渐累积，还会使细胞内线粒体膜电位降低和去极化损伤，并最终导致细胞死亡[1][2]。严峻的生存形势下，线粒体只好“大开杀戒”，为了维持线粒体和细胞稳态，防止受损线粒体损伤细胞，细胞通过选择性地包裹和降解细胞内受损或功能障碍的线粒体--即线粒体自噬。
既然被吃已然是定局，那么受损线粒体是如何被“干掉”的？这一过程与巨自噬有着很大的相似性，但它更像是细胞器的选择性自噬去除。
线粒体自噬主要有以下4个关键步骤：1)受损线粒体去极化，失去膜电位。2)线粒体被自噬体包裹形成线粒体自噬体。3)线粒体自噬体与溶酶体融合。4)线粒体内容物被溶酶体降解。溶酶体或液泡酸性水解酶流入自噬体降解受损线粒体。
图1.线粒体自噬的关键步骤[1]线粒体自噬途径的相关机制线粒体自噬的机制通常分为两类:泛素依赖途径和非泛素依赖途径。■泛素依赖性途径花开两朵，各表一枝。首先，我们来看一看泛素依赖性途径，顾名思义，依赖于线粒体表面蛋白的广泛泛素化来促进线粒体自噬。目前研究最广泛的便是PINK1/Parkin通路。在这一机制中，PTEN诱导的激酶1(PTENinducedkinase1,PINK1)堪称线粒体自噬的得力助手。当线粒体膜电位(Mitochondrialmembranepotential,MMP,ΔΨm)受损时，PINK1进入线粒体内膜的途径受阻，导致PINK1在线粒体外膜的胞质面上稳定聚集。同时，这会募集并激活Parkin，Parkin蛋白酶的空间构象发生改变，转化为活化的E3泛素连接酶，然后泛素化线粒体上的蛋白质[3]。PINK1与Parkin相互作用，共同调控线粒体自噬过程以维持线粒体质量(图2)。此外，除了PINK1-Parkin通路之外，还有非Parkin依赖性的泛素依赖性通路。也就是说，PINK1还可以通过泛素磷酸化直接招募自噬受体蛋白(如NIX、BNIP3和FUNDC1)到线粒体，受体蛋白募集LC3，这使得自噬体能够吞噬线粒体。图2.线粒体自噬机制概述[1]
线粒体自噬的Ub依赖途径(PINK1/Parkin通路最为常见)和Ub非依赖性途径
■非泛素依赖性途径尽管据了解PINK1和Parkin的激活可以触发线粒体自噬，但线粒体自噬也可能通过其他机制进行：相比之下，非泛素依赖途径就略显“清闲”，线粒体外膜(OMM)上有许多包含LC3相互作用区(LIR)区域的蛋白，它们是自噬的受体。它们可以不经泛素化直接与LC3结合，从而启动线粒体自噬(图2)。在哺乳动物中，这些受体主要包括Nip3样蛋白X(Nip3-likeproteinX,NIX)受体、bcl2相互作用蛋白3(BCL2-interactingprotein3,BNIP3)受体、FUN14结构域包含1(FUN14domaincontaining1,FUNDC1)受体
■线粒体自噬的相关疾病
正常的线粒体活动对细胞功能至关重要，及时的消除受损线粒体是细胞的自我保护机制。当线粒体自噬发生障碍可触发多种疾病，如：线粒体功能障碍是阿尔茨海默氏症，帕金森氏症，亨廷顿氏症等神经退行性疾病的关键共同因素，PINK1和Parkin的功能缺失突变与家族性帕金森病相关。心肌细胞的活动高度依赖于线粒体的能量供应，线粒体吞噬功能障碍可引起心肌肥厚、心律失常、心源性猝死等心血管疾病[6]。
图2.线粒体自噬的相关疾病[1]线粒体自噬，该如何检测？线粒体自噬是一个复杂的、动态的过程，检测方法也在不断的更新，小M以文献为例，盘点常见的线粒体自噬研究方法！
Myoferlin是一种在多种癌症中过度表达的癌蛋白，已有报道表明Myoferlin通过与线粒体动态机制的相互作用对胰腺癌的线粒体适应性有显著贡献[7]。为证明Myoferlin在PDAC细胞系中对线粒体自噬的影响，研究者使用了WJ处理PDAC细胞并进行线粒体形态观察，如图所示WJ处理导致线粒体嵴结构紊乱，甚至出现空白区域(图4a)。研究者还进行了对自噬体和线粒体进行了免疫定位：WJ处理的癌细胞中自噬体的数量增加，并且在BxPC-3、Panc-1和PaTuT细胞系中发现了共定位点(图4b)。此外，PDAC在WJ处理后，线粒体ROS丰度显着降低(图4c)。以上表明，在PDAC细胞系中，Myoferlin的靶向抑制引起线粒体能量应激，并引发线粒体自噬。图4.WJ在PDAC细胞诱导线粒体自噬[7]
a.电镜下观察线粒体状态。b.免疫荧光共定位。c.活性氧检测
除上述线粒体形态观察(透射电镜下线粒体受损情况)，ROS浓度测定线粒体内活性氧的积累，自噬体与线粒体免疫荧光共定位等方法，线粒体自噬的相关追踪探针以及线粒体自噬标志物的Western检测以及也是常用的检测线粒体吞噬的方法[8]。如，在今年发表的AmitochondrialSCF-FBXL4ubiquitinE3ligase