細胞死亡的途徑及保護機制

細胞死亡的方式主要分為細胞凋亡、細胞自噬、細胞壞死，這三種細胞死亡 的方式，細胞呈現不同的形態 (附圖 10)，其誘導機制與調控機制以及對於生物體 的影響也不盡相同因此能夠透過細胞型態初步區分細胞死亡型態 (附圖 11)。本論 文就兩大類細胞程序性死亡：細胞凋亡以及細胞自噬做詳細的研究。

(Edinger and Thompson, 2004) 附圖 10 不同細胞死亡的型態比較

(Okada and Mak, 2004) 附圖 11 不同細胞死亡型態與檢測方法比較

(一) 細胞凋亡 (apoptosis) 1. 介紹

細胞凋亡又稱第一型細胞程式性死亡 (programmed cell death I) 是生物維持 正常生理運作所需的細胞死亡調控方式，可以在不引起發炎反應的情形下去除生 物體破損、衰老或是不需要的細胞，例如胚胎發育或是表皮細胞維持衰老細胞與 新生細胞恆定。然而若是細胞凋亡失去調控將會與許多生理疾病有密切關聯，例 如神經退化、免疫失調等疾病的發生。

細胞凋亡的發生包含以下步驟 (附圖 12)，正常細胞受到刺激後，細胞開始皺 縮 (cell shrink) 且 染 色體凝集 (chromatin condensation)，接著胞 膜外翻起泡 (membrane blebbing) 、 細 胞 核 片 斷 化 (nuclear collapse) ， 最 後 形 成 凋 亡 小 體

(apoptosis body formation) 。 巨 噬 細 胞 會 經 由 外 翻 的 磷 脂 質 : 磷 脂 醯 絲 氨 酸 (phosphatidylserine, PS) 辨識凋亡小體的位置並將其吞噬 (phagocytosis)，因此細胞 凋亡並不會引起發炎反應。

(Sameer, 2009) 附圖 12 細胞凋亡的過程

2. 細胞凋亡路徑

細胞凋亡可分為外在路徑 (extrinsic pathway, or receptor mediated pathway) 以 及內在路徑 (intrinsic pathway, or mitochondria-mediated pathway) (附圖 13)。

(Fulda and Debatin, 2006) 附圖 13 細胞凋亡內在路徑與外在路徑

外在路徑是因為細胞表面的死亡受器 (death receptor) 與細胞外配體 (ligand) 結合進而活化下游凋亡路徑而引發細胞凋亡。死亡受器為 (tumor necrosis factor, TNF) 受體家族之一，像是 TNF receptor 1 (TNFRI)， TNF-related apoptosis-inducing ligand-receptor 1 (TRAIL-R1)，相對應的配體分別為 TNF、lymphotoxin-和 TRAIL。當配體與受器結合後活化下游的 caspase-8，caspase-8 進而活化下游 caspase-3 進而導致細胞凋亡或是由 caspase-8 剪切 Bid，進一步刺激粒線體活化。

內在路徑活化經由多種刺激，如細胞內ROS 不平衡、內質網壓力，導致 Bcl2

家族蛋白活化，使粒線體外膜通透性增加進而釋放細胞色素c (cytochrome c) 並活

化下游相關凋亡蛋白，最終導致細胞凋亡。內在路徑又可依照有無caspase 參與分

為caspase-dependent pathway 以及 caspase-independent pathway。caspase-dependent pathway 是 利 用 調 控粒 線 體通 透性 使細 胞色 素 c 釋放 並活 化下 游 apoptotic protease-activating factor-1 (Apaf-1)，在 dATP 協助下 Apaf-1 與 caspase-9 結合形成 apoptosome 進而活化下游 caspase-3 導致細胞凋亡。caspase-independent pathway 透 過 調 控 粒 線 體 膜 通 透 性 ， 使 粒 線 體 間 質 的 凋 亡 相 關 蛋 白 釋 出 ， 例 如 apoptosis-inducing factor (AIF)，endonuclease G (EndoG)，這些凋亡蛋白導致 DNA 降解最終使細胞死亡。

時活化ATG 聚合系統與 LC3 聚合系統將吞噬泡經過一系列蛋白修飾使吞噬泡延長 而生成自噬體 (autophagosome)。最後成熟期時 VPS34 促使自噬體與溶酶體 (lysosome) 融合生成酸性的自噬溶小體，使物質能在自噬溶小體中進行分解。

(Klionsky and Emr, 2000) 附圖 14 自噬作用的三個階段

2. 細胞自噬路徑

細 胞 自 噬 可 分 為 三 類 : 巨 型 自 噬 (macroautophagy) 、 微 型 自 噬 (microautophagy)、伴蛋白調節自噬 (chaperone-mediated autophagy, CMA) (附圖 15)。巨型自噬會生成雙層膜構造的自噬體，是細胞自噬當中最重要的路徑，主要 應用在自噬老舊胞器。相反的，微型自噬並沒有繁瑣的誘導路徑，目標蛋白直接

由溶酶體吞噬。最後，伴蛋白調節自噬是目標蛋白由具有KFERQ motif 的胜肽標

示後，由Hsp70 伴蛋白辨認後將蛋白帶入自噬溶小體中進行分解。

(Boya et al., 2013) 附圖 15 三種細胞自噬的模式

細胞自噬的作用可依據其分解細胞的程度分為細胞保護型以及細胞死亡型細 胞自噬 (附圖 16)。首先因為自噬溶小體將胞內物質分解作用產生胺基酸及游離脂 肪酸，而這些物質能提供粒線體作為能量使用或提供蛋白質合成所需的胺基酸，

或是藉由除去對細胞有害的胞器進而提升細胞存活率，因此細胞自噬被認為具有 調控細胞生長的功能。然而，細胞自噬也能透過自我拆解 (self-cannibalization) 及 誘發細胞凋亡進而引發細胞死亡，因而細胞自噬具有雙重的功能。

(Levine, 2007) 附圖 16 細胞自噬在細胞中扮演的角色