第5講人類溶酶體與溶酶體疾病

1、第五講 人類溶酶體與溶酶體疾病溶酶體是一種細(xì)胞器， 最初由德杜費(fèi) (Christian deDuve)等于 1955 年用分級 分離技術(shù)從鼠肝細(xì)胞成功分離。 這是一種含有多種水解酶， 對蛋白質(zhì)、 核酸和多 糖等起降解或消化作用的小體， 故名溶酶體。 溶酶體與人類疾病有著較密切的關(guān) 系，溶酶體異常會引發(fā)很多疾病，如痛風(fēng)和矽肺等。1. 溶酶體的結(jié)構(gòu)溶酶體外包有單層膜，厚度約為 7lOnm。與其他細(xì)胞器膜不同的是，溶酶 體膜的磷脂成分與質(zhì)膜相近， 便于質(zhì)膜與溶酶體膜結(jié)合。 與細(xì)胞其他膜結(jié)構(gòu)上的 不同，溶酶體膜上有 H+ ATPase，它水解 ATP將質(zhì)子轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體，以維持 其酸性環(huán)境；溶酶體膜上的

2、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白， 可將有待降解的生物大分子轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)溶酶體， 并將水解的產(chǎn)物轉(zhuǎn)運(yùn)出去； 溶酶體膜表面含有大量糖鏈， 可以防止膜被水解酶水 解，膜外表面帶負(fù)電荷，主要為唾液酸，可能與膜融合識別有關(guān)。溶酶體含密度 不等的酸性水解酶?，F(xiàn)已知各類細(xì)胞的溶酶體中約含酶 60 種，包括蛋白質(zhì)、糖 類、脂類等物質(zhì)的水解酶類，如酸性磷酸脂酶、組織蛋白酶、核糖核酸酶以及芳 香基硫酸酶脂 A和 B等。各類溶酶體所含水解酶也有所不同， 大多數(shù)溶酶體里的 酶是糖蛋白，但也有例外，如鼠肝細(xì)胞和腎細(xì)胞溶酶體里的酶大部分是脂蛋白。2 溶酶體的功能 溶酶體有兩種類型，一種是初級溶酶體，這種溶酶體只含水解酶而不含被催 化的底物， 這是一

3、種處于潛伏狀態(tài)的溶酶體； 另一種為次級溶酶體， 不僅含有水 解酶，而且還含有大量被催化的底物， 這是一種正在進(jìn)行消化作用的溶酶體。 溶 酶體的主要功能是參與細(xì)胞的各種消化活動。 細(xì)胞為了維持生存， 必須攝人外周 物質(zhì)和消滅入侵病菌， 包括各種病原微生物， 如巨噬細(xì)胞的溶酶體可將吞噬進(jìn)來 的病菌或異源物質(zhì)隔離并消化 。隨著溶酶體作用機(jī)制研究的不斷深入，溶酶體的其他功能不斷被發(fā)現(xiàn)，包括 溶酶體自噬作用以及溶酶體在細(xì)胞代、 免疫、 激素分泌調(diào)節(jié)等活動中的功能。 在 生物有機(jī)體發(fā)育、衰老及組織更新過程中，細(xì)胞通過溶酶體發(fā)生的自吞噬作用， 可將蛋白及細(xì)胞器消化 引。在胞吞過程中，溶酶體參與了膽固醇的代和

4、受體的 化等重要細(xì)胞活動。一些溶酶體也承擔(dān)著存儲、 轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌某些生物物質(zhì)的功能， 因而被稱為分泌型溶酶體 ，如黑色素細(xì)胞分泌黑色素，破骨細(xì)胞對骨組織的再 吸收，自然殺傷細(xì)胞向靶細(xì)胞分泌蛋白水解酶， 巨噬細(xì)胞和 B 淋巴細(xì)胞的抗原呈遞等都與溶酶體的活動有關(guān)。 研究還發(fā)現(xiàn)， 溶酶體參與了受鈣離子調(diào)控的細(xì)胞膜 修復(fù)。3 溶酶體與疾病31 溶酶體膜失常與疾病溶酶體膜是一層單位膜，在正常情況下，它有明顯的屏障作用，可防止水解 酶進(jìn)入胞質(zhì)， 以免細(xì)胞的結(jié)構(gòu)被破壞而造成細(xì)胞的死亡。 如果某些原因使溶酶體 膜受損，各種水解酶便會進(jìn)入胞質(zhì)而使細(xì)胞分解； 如果進(jìn)入細(xì)胞間質(zhì)， 可導(dǎo)致組 織自溶。矽肺、痛風(fēng)等疾病的

5、發(fā)生就與溶酶體膜遭受破壞有關(guān)。31 1 矽肺矽肺 (silicosis) 是工業(yè)上的一種職業(yè)病，臨床表現(xiàn)是肺的彈性降低，肺功能損害。矽肺是肺 部吸人矽塵后， 矽粉末(SiO 2)被組織中(主要是肺部 )的吞噬細(xì)胞吞噬， 但是溶酶 體不能破壞矽粉末， 而矽粉末卻能使溶酶體膜破壞， 釋放出其中的水解酶， 引起 細(xì)胞死亡； 釋放出的矽粉末再被健康的吞噬細(xì)胞吞噬可產(chǎn)生同樣的結(jié)果， 造成肺 部細(xì)胞死亡，導(dǎo)致肺原纖維沉積， 降低肺的彈性，損傷肺的功能。目前治療矽肺， 可用克矽平類藥物中的聚 乙烯吡啶氧化物控制矽肺病程，當(dāng)克矽平和矽粒進(jìn)入 溶酶體時(shí)， 克矽平上的氫原子立即與矽酸分子結(jié)合， 阻止矽酸分子與溶酶

6、體膜結(jié) 合，從而保護(hù)溶酶體膜不被破壞。312 痛風(fēng)痛風(fēng)即類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎 (rheumatoid arthri,tis ，RA)，其發(fā)病原因與沉積在骨 膜腔和結(jié)締組織中的尿酸結(jié)晶有關(guān)， 該結(jié)晶被中性粒細(xì)胞吞噬， 釋放肺原酶， 破 壞軟骨組織而產(chǎn)生炎癥。 此病所導(dǎo)致的關(guān)節(jié)骨膜組織的炎癥性變化以及關(guān)節(jié)軟骨 細(xì)胞的壞死，被認(rèn)為是細(xì)胞的溶酶體的局部釋放所致 引。具體機(jī)理可能是某種 類風(fēng)濕因子，如抗 IgG，被巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等吞噬，促使這些細(xì)胞中的溶 酶體酶的外泄。而其中的一些酶， 如膠原酶，能腐蝕軟骨，產(chǎn)生關(guān)節(jié)的局部損害， 而軟骨消化的代產(chǎn)物， 如硫酸軟骨素， 又能促使激肽的產(chǎn)生而參與關(guān)節(jié)的炎癥反

7、應(yīng)。當(dāng)前臨床上用膜穩(wěn)定劑如消炎痛及腎上腺皮質(zhì)激素等進(jìn)行治療，效果較好。32 先天性溶酶體病 先天性溶酶體病是指遺傳所致溶酶體的酶 ( 主要是酸性水解酶 ) 、激活蛋白、 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或溶酶體蛋白加工校正酶的缺乏而引起溶酶體功能缺陷， 造成次級溶酶 體相應(yīng)底物不能被消化，底物積蓄，代障礙，故又稱貯積性疾病 (1ysosomal stor age disorders ，LSDs) 。由于基因突變等原因造成的某種溶酶體酶的缺 失或者功能喪失往往會影響整個(gè)機(jī)體的溶酶體功能。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有將近 50 種不同的蛋白與溶酶體的功能相關(guān)， 并且仍有很多相關(guān)蛋白不斷被發(fā)現(xiàn)， 同時(shí)新的 溶酶體貯積性疾病也不斷發(fā)現(xiàn)。遺

8、傳性溶酶體疾病影響機(jī)體許多組織和器官，其約有三分之二的疾病對大腦 功能有顯著性影響，導(dǎo)致患者反應(yīng)遲鈍、癡呆、精神分裂以及抓狂等癥狀。這些 病癥是由于患者在分子和細(xì)胞水平上發(fā)生了病變造成的，包括神經(jīng)細(xì)胞營養(yǎng)失 調(diào)、溶酶體蛋白質(zhì)變性、新生細(xì)胞凋亡等。也有研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體溶酶體缺乏會造 成細(xì)胞代產(chǎn)物堆積， 破壞機(jī)體的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。 溶酶體疾病不僅影響機(jī)體某個(gè)器官的 正常功能，往往也會影響到整個(gè)機(jī)體代活動的協(xié)調(diào)性， 引起多種疾病。 目前已知 此類疾病有 40 種以上，大致可分為糖原貯積病、脂質(zhì)沉積病和黏多糖沉積病等 幾大類。321 糖原貯積病糖原貯積病 (glycogen storagedisease ，G

9、SD)，又名 Pompe病，發(fā)病原因是 肝和肌細(xì)胞的溶酶體缺乏一種酸性 一葡萄糖苷酶。正常時(shí)此酶分解糖原，而此 酶缺乏時(shí)，溶酶體吞噬的過剩糖原無法降解，大量堆積在次級溶酶體使其腫脹， 最終導(dǎo)致溶酶體破裂， 其他酶漏出， 嚴(yán)重破壞組織細(xì)胞。 此病屬常染色體缺陷性 遺傳病，患者多為小孩，常在兩周歲以前死亡。322 腦苷脂沉積病腦苷脂沉積病 (glucocerbroside lipidcsis) ，又名 Gaucher 病，是巨噬細(xì)胞 和腦神經(jīng)細(xì)胞的溶酶體缺乏 p。葡萄糖苷酶 (B glucocerehrosidase) 造成的。 大量的葡萄糖腦苷脂沉積在這些細(xì)胞溶酶體， 巨噬細(xì)胞變成 Gauche

10、r 細(xì)胞，患者 的肝、脾和淋巴結(jié)等腫大，中樞神經(jīng)系統(tǒng)和腦干神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生變性、萎縮。此 病多發(fā)生于嬰兒，病程進(jìn)展很快，常在 1 歲死亡，如果幼年后才發(fā)病，則病程進(jìn) 展慢，最長者可活 l0 多年。323 臺一薩氏綜合征臺一薩氏綜合征 (Tay sachs diesease) ，溶酶體缺少氨基已糖酯酶 A(p Nhexosaminidase) ，后果是 GM2神經(jīng)節(jié)苷脂不能水解而貯積在溶酶體中， 從而 使細(xì)胞發(fā)生功能損害。 該病在德系猶太人中發(fā)病率最高， 我國極少見。 表現(xiàn)為家 族性癡呆，大腦黃斑變性。本病以神經(jīng)細(xì)胞受損較明顯，因此，神經(jīng)組織功能障 礙很突出，表現(xiàn)為漸進(jìn)性失明、癡呆和癱瘓。我國有報(bào)道

11、的病例至今只有兩例。324 黏多糖沉積病黏多糖沉積病 (mucopolysae chafidosis) 是一組黏多糖進(jìn)行性代障礙的遺 傳病。病理是溶酶體缺乏黏多糖降解酶， 因而不能分解黏多糖類， 使這些物質(zhì)堆 積在次級溶酶體。患者面容粗獷，骨骼異常，智力發(fā)育不全，臟功能普遍受損，角膜混濁?；純后w有糖胺聚糖沉積，以腦、心、肝、脾較為顯著，角膜、骨、肌 腱次之，心臟受累以瓣膜、心肌為主。臨床表現(xiàn)也有差異，目前共分為 7 型。325 其他疾病出生時(shí)非免疫性胎兒水腫患兒的 10為 LSDs患者，如黏多糖病 VII 、黏脂 （mucolip ido ses）II 、 GM1神經(jīng)節(jié)苷脂貯積癥、唾液酸貯積癥

12、、半乳糖唾液酸 貯積癥、戈病 （gaucher disease） 以及播散性脂質(zhì)肉芽腫病 （Farber 病） 等。對于 有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀、身材矮小 （ 多發(fā)性骨發(fā)育障礙 ） 、面容粗陋、肝脾腫大、角膜混 濁、血管角化瘤等體征的患兒，需要進(jìn)行系列檢查排除 LSDs，如檢測尿中寡糖、 葡萄糖胺聚糖 （ 黏多糖 ）水平和白細(xì)胞成纖維細(xì)胞酶活性。 目前通過絨毛及羊水 細(xì)胞培養(yǎng)，可對幾乎全部的 LSDs進(jìn)行可靠的產(chǎn)前診斷。3 3 溶酶體與癌癥的關(guān)系 溶酶體是含多種酸性水解酶的囊狀細(xì)胞器，其主要功能是進(jìn)行細(xì)胞的消化。 腫瘤細(xì)胞溶酶體增多， 其活性增強(qiáng)。 溶酶體分解代中的部分產(chǎn)物可作為腫瘤細(xì)胞 新生之物質(zhì)基

13、礎(chǔ)。溶酶體與癌細(xì)胞之間的關(guān)系有以下幾種推測： 某些致癌物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后，在與染色體整合之前，先儲存在溶酶體，這已 被放射性自顯影技術(shù)所證實(shí)； 致癌物質(zhì)能夠引起細(xì)胞分裂調(diào)節(jié)機(jī)能的障礙和染色體異常，這可能與溶酶 體釋放水解酶的作用有關(guān)； 有些作用于溶酶體的物質(zhì)，如巴豆油等，能影響溶酶體膜的透性，因而誘 發(fā)細(xì)胞的異常分裂； 在細(xì)胞核膜殘缺或喪失的情況下， 核膜對物質(zhì)的保護(hù)作用喪失， 溶酶體即 可溶解染色體，引起細(xì)胞突變； 癌基因的活化可能改變癌細(xì)胞溶酶體的功能， 溶酶體經(jīng)常從核周區(qū)域轉(zhuǎn)移 到外周區(qū)域，其含物有時(shí)會釋放到胞外，便于癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和侵染； 溶酶體代過程中的部分產(chǎn)物可作為腫瘤細(xì)胞增殖的物質(zhì)基礎(chǔ)。

14、 但是，溶酶 體與腫瘤發(fā)生是否有直接關(guān)系，尚待進(jìn)一步探索。34 溶酶體與休克 在休克過程中，機(jī)體微循環(huán)發(fā)生紊亂，組織缺血、缺氧，影響了供能系統(tǒng)， 使膜不穩(wěn)定， 引起溶酶體酶的外漏， 造成細(xì)胞與機(jī)體的損傷。 休克時(shí)機(jī)體細(xì)胞溶 酶體增多，體積增大，吞體顯著增加。溶酶體的酶向組織外釋放，多在肝和腸系 膜等處引起細(xì)胞和組織自溶。 因此，在休克時(shí)， 測定淋巴液和血液中溶酶體酶的 含量，可作為細(xì)胞損傷程度的定量指標(biāo)。通常以酸性磷酸酶、 B2葡萄糖醛酸酶 與組織蛋白酶為指標(biāo)。有人提出休克時(shí)由于缺血、缺氧，細(xì)胞pH值下降 （pH 值約為 5) ，酸性水解酶活化并水解溶酶體膜，最終導(dǎo)致溶酶體膜裂解而釋放溶酶 體酶，使組織細(xì)胞自溶。此外，溶酶體還與細(xì)胞老化及心臟、肝臟的某些疾病有密切關(guān)系。4 . 展望 迄今為止，關(guān)于溶酶體結(jié)構(gòu)與功能的研究很多，對溶酶體遺傳性疾病診斷及 治療、溶酶體與腫瘤細(xì)胞關(guān)系的研究也日益增多。 由世界研究溶酶體疾病的科學(xué) 家組成的 Lysosomal Disease Network 聯(lián)盟，自 2003 年開始已經(jīng)舉行了四次溶 酶體疾病大會， 專門對最新的溶酶體研究進(jìn)展進(jìn)行溝通交流， 大大推動了溶酶