細胞大掃除：自噬作用

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。

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