哈佛著名华裔女教授《PNAS》解析细胞凋亡新机制

　　

生物通报道：来自中科院有机化学研究所（Shanghai Institute of Organic Chemistry）生命有机化学国家重点实验室（State Key Laboratory of Bioorganic and Natural Products Chemistry），哈佛医学院细胞生物学系，国家新药筛选中心的研究人员通过一系列高通量筛选发现了8种会引起自体吞噬复合物，而其中7种是FDA批准的，用于人类疾病治疗的药物，为分析了解自体吞噬的机制，以及亨廷顿舞蹈病等神经退行性疾病的治疗提供了重要资料。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

领导这一研究的是华人女科学家袁钧英博士，其一直从事细胞死亡的相关研究，2005年她发现了一种细胞非调亡性的程序性死亡，英文称为necroptosis，文章发表在Nature Chemical Biology，并获得了美国卫生研究所（NIH）颁发了最新的NIH主任先驱奖（Director's Pioneer Award）。另一位通讯作者为生命有机化学国家重点实验室主任马大为研究员，简介见后。

自体吞噬（autophagy）指细胞将自己细胞质的一部分（如线粒体和内质网）包围起来形成液泡（自体吞噬泡），再依靠初级溶酶体供应的水解酶将其消化，可由于饥饿和激素的作用等诱导产生。自体吞噬活性的降低会导致神经细胞中错误折叠蛋白的积累，并且也许在慢性神经退行性疾病，比如亨廷顿舞蹈病（Huntington's disease，HD，是一种由IT15基因上CAG重复序列异常扩展所致常染色体显性遗传的神经退行性疾病），阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD，即老年痴呆症）中也会出现。

为了探究自体吞噬的机制，以及识别出激活自体吞噬的小分子，在这一研究中，研究人员对自体吞噬的小分子调控子进行了一系列的高通量，以成像为基础的筛选。通过这一筛选研究人员就可以区分开真正导致自体吞噬减少的复合物，以及由细胞损伤或阻碍下游溶酶体功能引起的自体吞噬泡（autophagosomes）积累的复合物。

从中研究人员分辩出了8种复合物会引起自体吞噬，促进长期存在的蛋白的降解。有趣的是，其中7种是FDA批准的，用于人类疾病治疗的药物，而且研究人员也发现这些复合物会减少培养细胞中扩充性多聚谷氨酸（polyglutamine repeat）水平。因此这些药物可能可以用于亨廷顿舞蹈病，以及其它带有错误折叠蛋白积累症状的人类疾病的治疗。
（生物通：张迪）

原文摘要：
Published online before print November 16, 2007
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0709695104
Small molecule regulators of autophagy identified by an image-based high-throughput screen
『Abstract』

自噬作用(autophagy)


自噬作用是普遍存在于大部分真核细胞中的一种现象, 是溶酶体对自身结构的吞噬降解, 它是细胞内的再循环系统(recycling system)。

自噬作用主要是清除降解细胞内受损伤的细胞结构、衰老的细胞器、以及不再需要的生物大分子等。自噬作用在消化的同时，也为细胞内细胞器的构建提供原料，即细胞结构的再循环。因此, 溶酶体相当于细胞内清道夫。

自体吞噬泡 autophagic v acuole，cytolys-osome，autophagosome 亦称自体吞噬液泡、自体消化泡。

袁钧英介绍：

 袁钧英1982年在复旦大学获得本科学位，于1989年在美国哈佛大学获得神经科学方面的博士学位。随后，她在麻省理工读博士后，1992年在哈佛医学院任命为副教授。1996年她加入细胞生物系，并于2000年任命为哈佛医学系细胞生物学的教授。

 2005年七月，袁钧英带领的课题组发现了一种化学物质Nec-1，它不能对细胞调亡起到抑制作用，它可以对一种程序性坏死样细胞死亡（programmed necrosis-like death）起到特定的抑制作用。她将之称为necroptosis（necrosis+apoptosis），或者我们可以称为坏死状调亡，是一种新的细胞死亡方式。

 通过抑制这种坏死状调亡可以在体内对小鼠脑部缺血性损伤起到迟滞作用，这项发现为中风甚至是神经保护治疗提供了新的方式。

Junying Yuan, Ph.D.
Professor of Cell Biology

Department of Cell Biology
Harvard Medical School
E-mail: [e-mail]

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Junying Yuan received her Ph.D. in Neuroscience from Harvard University in 1989 and her undergraduate degree from Fudan University, Shanghai, China, in 1982. Dr. Yuan carried out her postdoctoral research at the Massachusetts Institute of Technology. She was first appointed as Assistant Professor at Harvard Medical School in 1992, when she became a Principal Investigator of the Cardiovascular Research Center at Massachusetts General Hospital. She joined the Department of Cell Biology in 1996 and was appointed a Professor of Cell Biology at Harvard Medical School in 2000. Research

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Apoptosis is a genetically regulated cellular suicide mechanism that plays a crucial role in development and in the defense of homeostasis. The proteins in the Bcl-2 and caspase families play key roles in regulating signal transduction of apoptosis. We are using cellular, biochemical, genetic and chemical genetic approaches to dissect apoptosis pathways. The experiments include dissecting the pathway of unfolded protein response, the mechanism of caspase-12 activation, the mechanism of cell death in neuronal degenerative diseases and caspases in apoptosis induced by tumor suppressor gene products.

Cellular and genetic analyses of caspase functions. Our work demonstrated a critical role of caspase-8 in polyglutamine repeat induced cell death. Huntington and related neuronal degenerative diseases are caused by expansion of polyglutamine repeats in the corresponding genetic loci. In a cellular model of polyglutamine repeat induced cell death, we showed that polyglutamine repeats specifically recruit and activate caspase-8 that is required for cell death in this system. Our work suggests that recruitment of caspases by mutant proteins may underlie the genetic basis of neuronal degenerative diseases.

Caspase-11 is an upstream caspase which we have shown previously required for activation of caspase-1 and pro-IL-1ß processing. While the expression of caspase-11 is undetectable in most tissues of healthy mice, it can be induced by a variety of pathological signals. Caspase-11-deficient mice showed a defect in processing pro-IL-1ß as well as reduced number of apoptotic cells and a defect in caspase-3 activation. We concluded that caspase-11 is an upstream caspase in mediating cytokine secretion as well as apoptosis under brain ischemia and systemic inflammation.

Unfolded protein response in endoplasmic reticulum has been implicated in mediating neuronal cell death in Alzheimer's disease. We found that caspase-12 is localized in ER and a deficiency in caspase-12 renders cortical neurons specifically resistant to amyloid ß protein toxicity. Our work demonstrated a novel ER-specific apoptosis pathway.

Chemical genetic approaches to dissect the mechanism of Bcl-2. Heterodimerization of pro- and anti-apoptotic members of the Bcl-2 family through their BH3 domains is critical for regulating cell survival. To further characterize the role of BH3 domain interaction and develop prototypic small molecule inhibitors of Bcl-2 family, we developed a high throughput screen for Bcl-2 inhibitors. We isolated two series of Bcl-2 inhibitors and demonstrated by in vivo and in vitro experiments that they induce apoptosis through inhibiting BH3 domain interaction. Similar chemical genetic approaches are being used in the laboratory to dissect other pathways involved in regulating physiological and pathological cell death.

马大为研究员简介

40岁，博士，研究员；生命有机化学国家重点实验室主任。1984年毕业于山东大学化学系；1989年于中科院上海有机化学研究所获博士学位；1990-1994年在美国匹兹堡大学和Mayo Clinic研究所进行博士后研究；1994年回到中科院上海有机化学研究所工作。兼任复旦大学教授、新药研究国家重点实验室副主任和上海市学位委员会委员等职务。

研究方向为化学生物学导向的有机合成和药物化学。已在国际重要杂志上发表论文100余篇。所发表的论文已经被他人引用800余次。其中作为责任作者已发表论文70余篇，这些论文已经被他人引用400余次，其中2002、2003年每年都被引用上百次。最近的两项工作分别被“Chemical & Engineering News”和“Chemtracts”评论。

获得的资助、奖励和荣誉有：国家自然科学基金会优秀中青年人才专项基金、中国科学院首批"****"、1997年国家杰出青年科学基金、国家自然科学二等奖、中国科学院自然科学一等奖、求是科技基金会杰出青年学者奖、中国青年科技奖、中国化学会青年化学家奖、施维亚青年药物化学家奖、明治乳业生命科学杰出奖、中科院十大杰出青年、上海市十大杰出青年、全国优秀留学回国人员和上海市优秀学科带头人等。