細(xì)胞自噬在雄性繁殖生理中的研究進(jìn)展

魏冬芹，吳 德，林 燕

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營養(yǎng)研究所，四川成都 611130）

細(xì)胞自噬（Autophagy）是存在于所有真核生物的基本過程，其主要功能是分解代謝不需要的成分以提供能量和必需的物質(zhì)。自噬參與雄性生殖系統(tǒng)內(nèi)多種細(xì)胞的生命進(jìn)程，并涉及雄性生殖系統(tǒng)中許多疾病的關(guān)鍵病理生理過程，如無精子癥、少精子癥、弱精子癥、隱睪癥和睪丸炎等[1]。在雄性動(dòng)物睪丸微環(huán)境中，細(xì)胞自噬可以保護(hù)睪丸細(xì)胞的存活或加速部分細(xì)胞凋亡[2]。在精子發(fā)生過程中，細(xì)胞自噬參與了二倍體生殖細(xì)胞的誘導(dǎo)，同時(shí)參與精子形成過程中精子細(xì)胞的分化，以確保形成精子正常的鞭毛和頂體結(jié)構(gòu)[3]。自噬和睪丸激素生物合成之間的聯(lián)系也直接影響著睪丸的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)[4]。此外，細(xì)胞自噬調(diào)控支持細(xì)胞外質(zhì)特化（Ectoplasmic Specialization，ES）的完整性，而ES 是血液-睪屏障（Blood-Testis Barrier，BTB）的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)[5]，調(diào)控著精子發(fā)生。因此細(xì)胞自噬在睪丸功能中的參與受到廣泛關(guān)注，但目前關(guān)于自噬在雄性生殖系統(tǒng)中的研究工作并不系統(tǒng)。本文綜述了細(xì)胞自噬在雄性繁殖生理領(lǐng)域的研究進(jìn)展，總結(jié)了睪丸的生精細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和支持細(xì)胞中自噬引發(fā)的調(diào)節(jié)作用及其分子機(jī)制，為研究雄性生殖中細(xì)胞自噬提供參考。

1 細(xì)胞自噬的簡介

細(xì)胞自噬是指細(xì)胞內(nèi)受損、變性或衰老的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器被運(yùn)輸?shù)饺苊阁w，溶酶體對其消化降解，以胞質(zhì)內(nèi)自噬體的出現(xiàn)為標(biāo)志的細(xì)胞自我消化過程。以雙層膜結(jié)構(gòu)包裹部分胞質(zhì)和細(xì)胞器的自噬體為判斷指標(biāo)。根據(jù)細(xì)胞內(nèi)底物運(yùn)送到溶酶體腔方式的不同，哺乳動(dòng)物細(xì)胞自噬分為巨自噬（Macroautophagy）、微自噬（Microautophagy）和分子伴侶介導(dǎo)自噬（Chaperonemediated autophagy）3 種主要方式，其中巨自噬是主要的自噬形式。本文中除特殊說明外，所講的自噬均指巨自噬。

自噬體的基本結(jié)構(gòu)首先由Porter 等[6]揭示，其在大鼠肝細(xì)胞中觀察到自噬體。隨后，研究人員在許多其他細(xì)胞類型中也觀察到自噬體，這表明自噬是真核生物中普遍存在的機(jī)制。自噬作用被認(rèn)為是在營養(yǎng)供給減少和其他外部干擾下細(xì)胞平衡代謝穩(wěn)態(tài)的結(jié)果。細(xì)胞自噬誘導(dǎo)了胞內(nèi)內(nèi)源儲(chǔ)備的快速動(dòng)員，以生成三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）作為能量合成的來源[7]。因此，自噬的形成降低了細(xì)胞對營養(yǎng)缺乏的敏感性。在腫瘤細(xì)胞系中，自噬作為抗逆微環(huán)境的普遍現(xiàn)象，比正常細(xì)胞更常見。此外，自噬對于正常細(xì)胞的存活是必不可少的，并且基礎(chǔ)自噬的維持對于生理學(xué)上的許多細(xì)胞類型的存活和功能至關(guān)重要，尤其是神經(jīng)細(xì)胞[8]。自噬的異常與許多疾病有關(guān)，如衰老、癌癥、心臟病和肥胖[9]。

2 自噬對雄性生殖的生理作用

精子發(fā)生是一種高度調(diào)節(jié)的生物過程，而自噬已被證明是睪丸中精子發(fā)生和類固醇產(chǎn)生的重要調(diào)節(jié)因素。自噬在睪丸不同類型細(xì)胞中的不同生理作用見表1。

表1 自噬在睪丸不同類型細(xì)胞中的不同生理作用

2.1 自噬在精子發(fā)生中的作用 雄性動(dòng)物睪丸主要由兩部分組成，一部分是間質(zhì)細(xì)胞，其主要分泌雄激素，調(diào)節(jié)精子發(fā)生；另一部分是生精小管，是精子產(chǎn)生的主要場所。而生精小管又由支持細(xì)胞和各級生殖細(xì)胞組成，支持細(xì)胞主要發(fā)揮對生殖細(xì)胞的支持、營養(yǎng)作用，決定生殖細(xì)胞數(shù)量。

哺乳動(dòng)物正常的精子發(fā)生過程分為3 個(gè)不同階段：有絲分裂期，未分化的精原細(xì)胞經(jīng)歷快速增殖；減數(shù)分裂階段，精母細(xì)胞通過2 次細(xì)胞分裂產(chǎn)生單倍體精子細(xì)胞；精子形成期，精子細(xì)胞經(jīng)歷形態(tài)和功能分化的復(fù)雜過程，并導(dǎo)致成熟精子的產(chǎn)生。在此過程中生殖細(xì)胞經(jīng)歷了幾次結(jié)構(gòu)重組，包括頂體的產(chǎn)生、核染色質(zhì)的凝聚、線粒體的重排、精子鞭毛的組裝以及去除不必要的細(xì)胞質(zhì)到功能性精子的產(chǎn)生[21]。一些研究已經(jīng)證明了自噬參與了二倍體生殖細(xì)胞的誘導(dǎo)，同時(shí)參與精子形成過程中精子細(xì)胞的分化[10-11]。

2.1.1 二倍體生殖細(xì)胞的自噬 哺乳動(dòng)物睪丸二倍體生殖細(xì)胞包括精原細(xì)胞和精原干細(xì)胞（Spermatogonial Stem Cells，SSCs），其通過重復(fù)的有絲分裂和減數(shù)分裂形成單倍體精子細(xì)胞。在此過程中將經(jīng)歷染色體結(jié)構(gòu)重組和細(xì)胞減數(shù)分裂過程，確保高分化精子可成功釋放到小管腔。但值得注意的是，正常生理?xiàng)l件下SSCs 的自噬水平相對低于睪丸中其他類型的生殖細(xì)胞，如在正常生理?xiàng)l件下的圓形和伸長的精子細(xì)胞[22]。此外，自噬不參與SSCs 的出生后發(fā)育，在精原細(xì)胞（7 d）和精母細(xì)胞（15 d）階段沒有自噬[22]。在組織學(xué)上，SSCs 細(xì)胞數(shù)量很少，在嚙齒動(dòng)物睪丸中僅占所有生殖細(xì)胞的0.03%[23]。在造血干細(xì)胞（Hematopoietic Stem Cells，HSCs）上研究表明，自噬的發(fā)生對于HSCs 維持是必不可少的，并且自噬的喪失導(dǎo)致線粒體中活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）和DNA 損傷的積累[24]。而與HSCs 類似，SSCs 同樣具有相識的特征。精子發(fā)生過程中細(xì)胞分裂的高速率意味著精原細(xì)胞中線粒體氧消耗和ROS 產(chǎn)生的水平相應(yīng)升高[3]。然而，沒有關(guān)于自噬在精原細(xì)胞中自我調(diào)節(jié)作用的研究。因此，SSCs 中細(xì)胞基礎(chǔ)自噬的維持也可能是一種自我保護(hù)機(jī)制，在其分化和自我更新過程中與HSCs 類似。另一方面，ROS 通過啟動(dòng)不同的下游信號傳導(dǎo)途徑參與細(xì)胞自噬的誘導(dǎo)[10-11]。在小鼠睪丸生殖細(xì)胞中已經(jīng)報(bào)道了高濃度的谷胱甘肽（Glutathione，GSH）在精原細(xì)胞的抗氧化防御中起關(guān)鍵作用[10]。在精原細(xì)胞中，GSH 消耗導(dǎo)致自噬的誘導(dǎo)。但GSH 的消耗不會(huì)影響ROS 水平，其導(dǎo)致S-谷胱甘肽化蛋白質(zhì)下調(diào)，從而導(dǎo)致精原細(xì)胞中自噬的誘導(dǎo)，研究表明GSH 耗竭通過獨(dú)立于腺苷酸活化蛋白激酶（Adenosine 5'-monophosphate-activated Protein Kinase，AMPK）的信號通路啟動(dòng)自噬[25]。這些證據(jù)表明氧化應(yīng)激可能是通過控制精原細(xì)胞中S-谷胱甘肽化蛋白水平來影響精原細(xì)胞在生理上轉(zhuǎn)向自噬。由GSH 耗竭誘導(dǎo)的自噬激活不會(huì)導(dǎo)致精原細(xì)胞中能量狀態(tài)的改變。

2.1.2 精子細(xì)胞分化中的自噬 實(shí)際上，與二倍體生殖細(xì)胞相比，細(xì)長精子細(xì)胞中自噬相關(guān)蛋白（如LC3 和Atg7）的表達(dá)顯著更高[13]。通過生殖細(xì)胞特異性敲除Atg7 消除自噬后，導(dǎo)致睪丸重量減少，精子畸形，顯著降低雄性小鼠的生育能力[26]。精子發(fā)生是一種復(fù)雜且高度有序的細(xì)胞分化過程，需要重組細(xì)胞結(jié)構(gòu)和重新調(diào)節(jié)細(xì)胞生理功能。成功去除細(xì)胞質(zhì)被認(rèn)為對于功能性精子的產(chǎn)生至關(guān)重要。精子的功能障礙主要是由精子頭部或其鞭毛的異常引起。自噬與精子形成過程密切相關(guān)，自噬的缺失將導(dǎo)致精子頭部和尾部異常[12]。

在精子中，頂體是位于精子核前部的特殊膜性細(xì)胞器，這對于卵丘細(xì)胞的分散和受精過程中卵母細(xì)胞透明帶反應(yīng)至關(guān)重要。頂體的形成涉及細(xì)胞骨架的重編程，其需要誘導(dǎo)自噬以輔助細(xì)胞骨架的重排。頂體的形成分為高爾基體期、頭帽期、頂體期和成熟期4 個(gè)階段[12]。自噬參與從高爾基體階段開始的頂體形成過程。在高爾基體期，正常條件下高爾基體衍生的前囊泡融合到精子細(xì)胞核中，形成靠近細(xì)胞核一端的單個(gè)頂體囊泡。但在自噬基因Atg7敲除后，高爾基體精子細(xì)胞的多個(gè)小囊泡不能彼此融合，從而顯示出多個(gè)頂體囊泡結(jié)構(gòu)。在頭帽期，來自高爾基體的多頂體囊泡或聚集體的積累將導(dǎo)致頂體的收縮，致使頂體畸形[13]。這些證據(jù)表明，頂體畸形很可能是由于前頂體囊泡未能正常融合而未能被轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核一端的前體內(nèi)導(dǎo)致的。從機(jī)制上講，Atg7在頂體生物發(fā)生中的功能可能與其在自噬誘導(dǎo)中的作用相關(guān)。在自噬發(fā)生中，LC3 主要參與自噬囊泡脂質(zhì)融合。在精子細(xì)胞中，LC3 僅與反式高爾基體網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記（Trans-Golgi Network 38，TGN38）共定位而不是頂體制造者（Sperm Protein 56，SP56）。因此，膜相關(guān)LC3 可能參與高爾基體衍生的前囊泡的囊泡融合及其向頂體的轉(zhuǎn)運(yùn)。在Atg7敲除后，LC3 未能與TGN38 共定位，導(dǎo)致在高爾基體附近的凹陷區(qū)域中前囊泡的囊泡積聚[12]。最后，這種積聚損害了后期階段頂體體積的增加，從而導(dǎo)致頂體形成缺陷。

研究表明，除了自噬對頂體形成的作用外，它還通過線粒體的重排和消除不必要的細(xì)胞質(zhì)參與精子鞭毛的形成，以促進(jìn)精子的運(yùn)動(dòng)。PDZ 和LIM 結(jié)構(gòu)域蛋白1（PDZ and LIM domain protein 1，PDLIM1）是PDZ和LIM 蛋白家族的成員，含有N 末端PDZ 結(jié)構(gòu)域和C末端LIM 結(jié)構(gòu)域。PDLIM1 可以將其他蛋白質(zhì)帶入細(xì)胞骨架折疊[3]。在精子發(fā)生過程中，PDLIM1 作為自噬和細(xì)胞骨架組織之間的介質(zhì)起作用。在正常條件下，需要通過自噬-溶酶體途徑降解PDLIM1 以維持細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)的適當(dāng)動(dòng)態(tài)，從而確保精子細(xì)胞分化可以順利處理。自噬的破壞導(dǎo)致自噬體吞噬PDLIM1 失敗，從而導(dǎo)致它們在細(xì)胞質(zhì)中積累。PDLIM1 的積累破壞了細(xì)胞骨架的正常動(dòng)態(tài)，并且在精子形成過程中導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)的無效去除，使精子細(xì)胞的細(xì)胞骨架成分解體[14]，從而導(dǎo)致精子中的鞭毛結(jié)構(gòu)破壞。精子鞭毛結(jié)構(gòu)的正常對于精子的正常運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要，因此自噬能夠顯著改變精子活動(dòng)參數(shù)，包括平均路徑速度（Average Path Velocity，VAP）、直線速度（Straight Line Velocity，VSL）和曲線速度（Curvilinear Velocity，VCL）。

2.2 自噬在睪丸體細(xì)胞中的功能 支持細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞是哺乳動(dòng)物睪丸中存在的2 種體細(xì)胞，2 種類型的睪丸體細(xì)胞都采用自噬作為維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機(jī)制。

2.2.1 自噬在支持細(xì)胞中的作用 在精子發(fā)生過程中，分化的生殖細(xì)胞經(jīng)歷從圓形精子細(xì)胞到精子的連續(xù)形態(tài)轉(zhuǎn)化，這需要精子細(xì)胞的細(xì)胞重塑和支持細(xì)胞的輔助。支持細(xì)胞參與曲細(xì)精管內(nèi)許多無用成分的降解，如精子細(xì)胞殘留體和凋亡生殖細(xì)胞。支持細(xì)胞具有代謝這些物質(zhì)的顯著能力。自噬與吞噬作用過程有關(guān)，并且與支持細(xì)胞中進(jìn)入的外部底物的降解相關(guān)。比如將培養(yǎng)的支持細(xì)胞暴露于異源的（例如由其他組織產(chǎn)生的外部區(qū)段）或同源的底物（例如通過分化生殖細(xì)胞產(chǎn)生的殘余體），2 種底物類型都被吞噬作用攝取[17]。然而，自噬選擇性地參與支持細(xì)胞中那些異源的降解，并且抑制自噬顯著延緩了異源底物的降解[17]。

支持細(xì)胞ES 和精子細(xì)胞的頂體復(fù)合物是2 種細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，在精子頭的成形中起重要作用[5]。其中，ES 由2 個(gè)組成部分組成，即血液-睪丸屏障中相鄰支持細(xì)胞之間基于肌動(dòng)蛋白的非典型黏附連接，稱為基底ES，而支持細(xì)胞和生精小管腔表面的精子細(xì)胞之間的連接被稱為頂端ES。基礎(chǔ)ES 功能是成為BTB，頂端ES 與輔助精子細(xì)胞頭的成形、精子細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和成熟精子的釋放有關(guān)[20]。而研究已經(jīng)證明，自噬基因Atg7或Atg5敲除導(dǎo)致的自噬缺失干擾了生精上皮中頂端ES和基底ES 的組裝[1]。機(jī)理上的研究表明，與精子細(xì)胞頂體形成相似，自噬破壞會(huì)損害支持細(xì)胞PDLIM1 的降解，從而導(dǎo)致其在支持細(xì)胞中的積累[3,18]。因此，支持細(xì)胞中細(xì)胞骨架的組織受到干擾，ES 結(jié)構(gòu)的破壞最終導(dǎo)致支持細(xì)胞-生殖細(xì)胞通訊的破壞，從而導(dǎo)致精子頭畸形。

ABP 是一種由睪丸支持細(xì)胞合成和分泌的蛋白。生精小管中的精子發(fā)生過程和附睪中精子的成熟過程都需要高濃度的ABP。在哺乳動(dòng)物中，ABP 的產(chǎn)生和分泌受促卵泡素、雌二醇和睪酮的調(diào)節(jié)[1,27]。在支持細(xì)胞中，睪酮通過自噬參與ABP 的合成和分泌。體外研究表明ABP 與原代大鼠支持細(xì)胞中的LC3 共定位，抑制或刺激自噬顯著改變支持細(xì)胞中ABP 的表達(dá)模式和水平而不影響ABP mRNA 的表達(dá)，這意味著自噬對ABP合成分泌具有調(diào)節(jié)作用[19]。自噬參與的ABP 的降解僅對其蛋白質(zhì)水平起作用。此外，睪酮對自噬的抑制作用也受睪酮濃度的影響，睪酮濃度增加也進(jìn)一步抑制自噬的發(fā)生[19-20]。

2.2.2 自噬在間質(zhì)細(xì)胞中的作用 前人的研究揭示了自噬在類固醇生成和分泌中的調(diào)節(jié)作用。在雄性哺乳動(dòng)物中，睪丸中睪酮占總循環(huán)睪酮的95% 左右，而間質(zhì)細(xì)胞是哺乳動(dòng)物睪丸中的主要睪酮貢獻(xiàn)者。與許多其他類型產(chǎn)生類固醇的細(xì)胞一樣，間質(zhì)細(xì)胞通常比其他細(xì)胞類型擁有更大的線粒體。類固醇的生產(chǎn)是直接與線粒體功能的損害有關(guān)。在其他細(xì)胞類型中已經(jīng)報(bào)道了自噬在細(xì)胞線粒體降解中的作用[4]。間質(zhì)細(xì)胞中自噬的頻率高于許多其他類型的細(xì)胞，如在大鼠間質(zhì)細(xì)胞中也觀察到豐富的自噬體吞噬細(xì)胞器的現(xiàn)象，封閉在自噬泡中的大多數(shù)細(xì)胞器是線粒體，即參與雄激素產(chǎn)生的細(xì)胞器[28]。這些證據(jù)表明自噬活動(dòng)可能與調(diào)節(jié)間質(zhì)細(xì)胞中雄激素分泌有關(guān)。研究表明，自噬過程與大鼠間質(zhì)細(xì)胞中睪酮產(chǎn)生高度相關(guān)，自噬的缺乏通常與睪丸穩(wěn)態(tài)的失調(diào)有關(guān)[15]。用自噬抑制劑和自噬激活劑分別處理不同日齡大鼠的間質(zhì)細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)用自噬抑制劑處理的大鼠的間質(zhì)細(xì)胞類固醇生成急性調(diào)節(jié)蛋白（Steroid Acute Regulatory Protein，StAR）表達(dá)和睪酮產(chǎn)生都減少，細(xì)胞內(nèi)ROS水平增加；相比之下用自噬激活劑處理，只增強(qiáng)了來自老年大鼠間質(zhì)細(xì)胞中的類固醇生成，細(xì)胞內(nèi)ROS 水平減少；然而敲除自噬基因Beclin 1的老年大鼠間質(zhì)細(xì)胞中StAR 表達(dá)和睪酮產(chǎn)生減少，細(xì)胞內(nèi)ROS 水平增加[16]。這些結(jié)果表明自噬缺陷與老年大鼠間質(zhì)細(xì)胞的類固醇生成下降有關(guān)，可能受細(xì)胞內(nèi)ROS 水平影響。因此，自噬過程與大鼠間質(zhì)細(xì)胞中睪酮的產(chǎn)生高度相關(guān)。

3 自噬調(diào)節(jié)雄性生殖的重要信號通路

自噬是一種對周圍環(huán)境極為敏感的生命現(xiàn)象，與能量的調(diào)控及營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)更新密切相關(guān)。通過自噬途徑對細(xì)胞內(nèi)受損、變性或衰老的大分子物質(zhì)及細(xì)胞器進(jìn)行降解，降解產(chǎn)生的多種基本營養(yǎng)元素（如氨基酸、核苷酸等）及 ATP 等可參與到細(xì)胞的新陳代謝過程中，從而實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)及能量的補(bǔ)充。葡萄糖、氨基酸作為機(jī)體的營養(yǎng)素具有密切調(diào)控自噬的作用。機(jī)體能量參與的調(diào)控自噬的最重要信號通路是AMPK-mTORULKl/2，而氨基酸主要通過mTORC1 和GCN2 途徑調(diào)控自噬。

3.1 AMPK-mTOR-ULKl/2 信號通路 AMPK 是一種在進(jìn)化過程中高度保守的絲氨酸/蘇氨酸激酶[29]。AMPK的活性受體內(nèi)AMP 水平的影響，AMP 能夠與AMPK的γ亞基結(jié)合，通過調(diào)節(jié) AMPK 構(gòu)象促進(jìn)α亞基活性結(jié)構(gòu)域中Thrl72 位點(diǎn)磷酸化，從而激活A(yù)MPK。由此，AMPK 被認(rèn)為是一種“細(xì)胞能量感受器”，在調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用。哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（Mammalian Target of Rapamycin，mTOR）是細(xì)胞代謝的中心調(diào)節(jié)樞紐，mTOR 可以和不同的蛋白組分形成2 個(gè)在結(jié)構(gòu)和功能上均很不同的復(fù)合物（mTORC1 和mTORC2）[30]。其中，mTORC1 參與抑制細(xì)胞自噬的調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，mTORC1 抑制自噬主要通過2 個(gè)方面作用：一方面，轉(zhuǎn)錄因子能夠促進(jìn)溶酶體生物合成，mTORCl 通過負(fù)向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子抑制溶酶體合成，進(jìn)而抑制自噬；另外一方面，mTORC1 還能夠通過作用于Unc-51-樣 激1（UNC-51-like kinase 1，ULKl）和Unc-51-樣激酶2（UNC-51-like kinase 2，ULK2）的蛋白復(fù)合物抑制自噬作用[31]，其主要參與自噬的啟動(dòng)階段調(diào)節(jié)。

AMPK、mTOR、ULKl/2 復(fù)合物對自噬的調(diào)控機(jī)制：在能量充足的條件下，mTORCl 通過磷酸化ULKl/2 的Ser757 位點(diǎn)抑制ULKl/2 激酶復(fù)合物功能，從而導(dǎo)致自噬的抑制[32]。當(dāng)細(xì)胞能量不足時(shí)，ULKl/2 中mTORCl依賴性的磷酸化位點(diǎn)迅速發(fā)生去磷酸化，從而誘導(dǎo)自噬發(fā)生。ULKl/2 的mTORCl 依賴性的磷酸化位點(diǎn)去磷酸化通過2 種方式：①自磷酸化并對 Atg13 和FIP200進(jìn)行磷酸化；②AMPK 磷酸化 ULKl/2 中的Ser317 和Ser777 位點(diǎn)，從而被激活。另外，AMPK 還能夠通過磷酸化mTORCl 中的raptor 蛋白從而抑制mTORC1活性，直接導(dǎo)致自噬的發(fā)生。同時(shí)AMPK、mTOR 以及ULKl/2 復(fù)合物在調(diào)控自噬的過程中存在負(fù)反饋調(diào)控機(jī)制。一方面，mTORCl 和AMPK 能夠通過直接活化ULKl/2 復(fù)合物調(diào)控其功能從而對自噬產(chǎn)生影響；另一方面，ULKI/2 復(fù)合物能夠通過磷酸化raptor 調(diào)節(jié)mTORCl 功能，也能夠通過磷酸化AMPK 的3 個(gè)亞基調(diào)節(jié)AMPK 功能[33-34]。

3.2 mTORC1、GCN2/eIF2 信號通路 自噬是細(xì)胞中蛋白質(zhì)降解的重要途徑之一，當(dāng)氨基酸代謝庫中氨基酸含量發(fā)生變化時(shí)，自噬活動(dòng)會(huì)隨之受到影響[35]。如仔豬早期斷奶后1～2 d，血漿中必需氨基酸濃度降低，機(jī)體自噬程度明顯升高[36]?？梢姲被岷妥允墒窍嗷ヒ蕾嚨?。氨基酸主要通過膳食攝入獲得，并通過質(zhì)膜跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞中。游離的胞內(nèi)氨基酸不僅作為代謝物和能量的來源，而且直接有助于嚴(yán)格調(diào)控2 條途徑，即級聯(lián)整合合成代謝和分解代謝的mTORC1 和真核起始因子2（General Control Non-derepressible 2/eukaryotic Initiation Factor 2，GCN2/eIF2）信號通路[37]。這些通路通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯，并伴隨調(diào)節(jié)自噬依賴性分解代謝來控制細(xì)胞對氨基酸的需求。

當(dāng)細(xì)胞中氨基酸充足時(shí)，細(xì)胞將抑制自噬發(fā)生，這主要是mTORC1 通過磷酸化ULKl/2 的Ser757 位點(diǎn)來抑制ULK1/2 激酶復(fù)合物誘導(dǎo)的自噬。當(dāng)氨基酸饑餓時(shí)，滅活mTORC1 導(dǎo)致這種含有ULK1 的促自噬性復(fù)合物的激活，其促進(jìn)信號級聯(lián)以正向調(diào)節(jié)自噬體的形成，延伸，成熟并最終降解蛋白質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)氨基酸濃度也受另一種絲氨酸/蘇氨酸激酶GCN2 調(diào)節(jié)。被激活的該酶會(huì)磷酸化elF2a 的Ser-51 位點(diǎn)，進(jìn)而降低eIF2 在招募蛋氨酰起始子tRNA 到40S 核糖體亞基方面的功能。由此總的蛋白質(zhì)翻譯受到抑制。研究發(fā)現(xiàn)氨基酸缺乏誘導(dǎo)的GCN2/eIF2a 路徑激活還可以啟動(dòng)自噬基因轉(zhuǎn)錄，從而啟動(dòng)自噬過程而增加胞質(zhì)中的氨基酸含量[38-39]。GCN2 信號路徑激活可以直接啟動(dòng)一些自噬基因轉(zhuǎn)錄，如Atgl6、Mapllc3b、Atgl2、Atg93、Becn1 及Gabarapl2，也可以協(xié)同CCAAT/增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白（CCAAT/ enhancerbinding Protein Homologous Protein，CHOP）完成對一些自噬基因的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)，如p62/Sqstml、Nbrl 和Atg97[40]。啟動(dòng)的自噬可以通過循環(huán)利用氨基酸來補(bǔ)充細(xì)胞內(nèi)氨基酸的不足。因此，GCN2 激活旨在促進(jìn)恢復(fù)細(xì)胞內(nèi)氨基酸水平。

4 營養(yǎng)通過自噬調(diào)節(jié)雄性生殖

自噬是一個(gè)進(jìn)化上高度保守的細(xì)胞過程，起始于對細(xì)胞組分糖原、脂質(zhì)、可溶性蛋白、核糖體和細(xì)胞器的吞噬，隨后開始酶解，生成糖、脂質(zhì)、氨基酸和核苷等基礎(chǔ)營養(yǎng)素，接著排出到細(xì)胞質(zhì)中。這些由自噬產(chǎn)生的營養(yǎng)素可以參與到細(xì)胞器更新過程中及維持能量水平、蛋白質(zhì)合成和關(guān)鍵代謝過程中，從而實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)再循環(huán)及能量的補(bǔ)充[32,34-35]。所以自噬和營養(yǎng)是密不可分的。Pang 等[41]給羔羊能量限制喂養(yǎng)2 個(gè)月，然后再補(bǔ)充喂養(yǎng)3 個(gè)月，結(jié)果表明，飼喂30% 能量限制飼料的羔羊中的睪丸重量和在生精小管中的精子細(xì)胞數(shù)量顯著降低，但對照組和15%能量限制組之間沒有差異。同時(shí)，15%和30%能量限制飲食通過激活A(yù)MPK-ULK1 信號通路誘導(dǎo)睪丸自噬和凋亡，上調(diào)了Beclin-1、LC3-II 和LC3-I 比例，以及激活A(yù)MPK，磷酸化AMPK（p-AMPK）和ULK1。此外，當(dāng)在能量限制后以正常能量需求重新喂養(yǎng)羔羊時(shí)，這些參數(shù)得到補(bǔ)償。Zhang 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，亮氨酸可提高斑馬魚睪丸P62 和LC3-II 的表達(dá)，將帶熒光標(biāo)簽的LC3 載體轉(zhuǎn)染到HepG2 細(xì)胞中發(fā)現(xiàn) LC3 和溶酶體標(biāo)記物共定位，但亮氨酸的處理抑制了自噬的發(fā)生。Zhang 等的研究結(jié)果表明，短期用亮氨酸治療可以通過影響自噬和抑制自噬體和溶酶體的融合來增加斑馬魚的精子活力。

5 結(jié)論與展望

現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明自噬與睪丸穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)密切相關(guān)，如自噬在調(diào)節(jié)生殖細(xì)胞的存活、精子細(xì)胞的轉(zhuǎn)化、支持細(xì)胞的重排和間質(zhì)細(xì)胞的睪酮產(chǎn)生中發(fā)揮作用。同時(shí)營養(yǎng)可以通過AMPK-mTOR-ULKl/2、mTORC1 和GCN2等信號通路調(diào)控自噬的發(fā)生，但對營養(yǎng)通過自噬發(fā)生調(diào)節(jié)雄性生殖能力的研究較少，但營養(yǎng)介導(dǎo)自噬和自噬相關(guān)蛋白在生精細(xì)胞中起著促進(jìn)生殖的作用，并通過直接抑制精原細(xì)胞-精母細(xì)胞-精子細(xì)胞的凋亡來促進(jìn)ES完整性。因此，通過營養(yǎng)調(diào)節(jié)自噬的發(fā)生將是養(yǎng)殖生產(chǎn)中促進(jìn)雄性生殖的新方向。