备课素材：运动诱导细胞自噬-2023-2024学年高一上学期生物人教版必修1

运动诱导细胞自噬 先看一道试题： 研究发现，在啮齿类和人类中的骨骼肌中，运动是自噬途径的诱导因素之一。除了正在进行伸缩的肌肉，运动同样可以系统性诱导活化其它非伸缩组织的自噬途径，包括肝脏、胰腺以及脂肪组织。“自噬”又称为II型程序性细胞死亡，是以细胞胞质内出现双层膜结构包裹长寿命蛋白和细胞器的自噬体为特征的细胞“自我消化”的一系列生化过程（如图）．下列有关细胞“自噬”的说法中，不正确的是（　　） A．细胞“自噬”是生物个体发育过程中的一神正常现象 B．图中的水解酶是在自噬溶酶体中合成的 C．溶酶体所参与的细胞自动结束生命的过程是由基因决定的 D．细胞内自噬体的形成过程与膜的流动性有关   解析： 生物膜的磷脂分子是可以运动的，蛋白质分子大都是可以运动的，生物膜具有一定的流动性． 分析题图可知，吞噬泡吞噬作用存在膜形态的变化，体现了生物膜的流动性特点；线粒体是有氧呼吸的主要场所，氧气进入线粒体后，与还原氢结合形成水，线粒体功能退化，细胞消耗的氧气量减少． 在细胞凋亡过程中，需要溶酶体中的水解酶将衰老死亡的细胞和细胞器进行消化分解，因此细胞“自噬”是生物个体发育过程中的一种正常现象，A正确；水解酶的化学本质为蛋白质，蛋白质的合成场所为核糖体，B错误；溶酶体所参与的细胞自动结束生命的过程是由基因决定的，C正确；分析图解可知，“自噬溶酶体”的形成存在生物膜的融合，依赖生物膜的流动性，D正确．故选：B． 本题以运动诱导细胞自噬为情境考查细胞的结构和功能以及识图能力和运用所学的知识综合解决问题的能力，要求考生能够识记线粒体和溶酶体的功能以及生物膜的结构特点。 运动诱导细胞自噬教材中没有提到。那么，运动是如何诱导细胞自噬的？ 持续运动对多种慢性疾病的患者都颇有益处，包括II型糖尿病，心脑血管疾病以及代谢类疾病等。 与之相对的是，久坐的生活方式（sedentary lifestyle）以及严重缺乏运动则是II型糖尿病发病的诱因之一。 运动可以通过肌肉伸缩，促进肌肉塑形以及功能协调，尤其重要的是，在这一过程之中，运动还可以系统地改善多种非收缩组织的功能。当然，运动系统性改善机体代谢状态的分子机制还不甚清晰，这也是在临床上全面推广运动疗法治疗代谢紊乱的瓶颈所在。 自噬是溶酶体降解途径中至关重要的一环，它可以将损伤的或者不需要的胞内外结构融合为自噬小体，从而降解并且循环再利用。在正常环境下，自噬通常发生在低基础代谢水平情况下，且其活化需要压力信号诱导，比如禁食等。近期的多项工作指出，多种代谢紊乱性疾病自噬途径同样发生异常。 近日，美国西北大学的Congcong He研究组在Cell Metabolism上发表题为Exercise-activated hepatic autophagy via the FN1-α5β1 integrin pathway drives metabolic benefits of exercise的文章，就运动改善代谢紊乱的分子机制进行了深入研究。 作者和其它的研究组之前工作指出，在啮齿类和人类中的骨骼肌中，运动是自噬途径的诱导因素之一。尤其值得注意的是，除了正在进行伸缩的肌肉，运动同样可以系统性诱导活化其它非伸缩组织的自噬途径，包括肝脏、胰腺以及脂肪组织。这一点其实是较为特殊的，因为在运动中，非伸缩组织并没有像伸缩的肌肉一样，承受可诱导自噬的压力因素，比如能量短缺、氧化应激作用以及胞内钙离子水平上升。因此，在运动以及运动后的非伸缩组织中，自噬是如何活化的，以及自噬途径活化的功能是什么，是两个十分有趣并且亟待解决的问题。 从生理角度来看，以两组自噬途径缺陷小鼠模型——Becn1/Beclin 1+/- 敲除小鼠和Bcl2AAA 为研究对象，结果显示，机体全身自噬途径活化都是显著改善运动持久性以及葡萄糖耐受性这两方面的关键因素。当然，因为学界之前的工作仅仅关注于运动对骨骼肌自噬途径的影响，而对于非伸缩组织中运动活化自噬途径的机制以及生理学意义仍旧研究较少。 肝细胞自噬途径的活化，是运动改善代谢状态的关键所在。运动小鼠的胞浆和血清都足以诱导细胞发生自噬。胞外基质蛋白FN1（fibronectin）可以介导细胞与细胞外基质之间的相互作用,并在细胞粘附,迁移,生长和分化中起重要作用。它是整联蛋白受体家族众多成员的配体,参与各种肿瘤的发生和发展。而α5整合素（α5 integrin）是其受体。 作者还通过细胞生物学实验以及蛋白组学研究，通过肌肉特异性FN1缺失小鼠以及肝脏特异性α5整合素缺失小鼠模型发现，FN1可以作为运动诱导的、肌肉分泌的、可激活自噬途径的循环因子（circulating factor）。肌肉所分泌的FN1可以介导运动诱导的干细胞自噬途径活化，并且通过肝细胞受体α5β1整合素（α5