线粒体自噬参与芝麻酚诱导的人肝癌细胞HepG2凋亡的机制研究
【研究的主要目的和意义】
细胞自噬（autophagy）是通过溶酶体和双层膜包裹的细胞自身物质融合，从而降解细胞自身物质的过程。细胞自噬通过降解功能失常或不需要的细胞组分，如各类蛋白质、细胞器以及各种胞质组分从而维持细胞内环境的动态平衡1。细胞自噬过程中会出现大的双层膜包裹的泡状结构（这种结构称为自噬体autophagosome2）。细胞自噬根据细胞组分进入溶酶体的方式不同分为三类：微自噬3（microautophagy）、分子伴侣调节的细胞自噬4（CMA）和巨自噬（macroautophagy）。其中，巨自噬通过特殊的双膜结构包绕细胞物质，自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体（autophagolysosome），继而其内含物被降解1,2，其被认为是经典的细胞自噬方式。细胞自噬是细胞生存的一种自我保护机制。若细胞处于供能缺乏或代谢应激的情况下，细胞通过降解细胞组分供能；在某些特定的情况下，某些蛋白聚体、线粒体、内质网、过氧化物酶体等细胞器会被选择性识别，通过特定的方式被降解，从而维持细胞稳定。
线粒体不仅可以通过氧化磷酸化产生ATP为细胞供能，还在许多细胞活动，例如细胞凋亡、钙稳态、中间代谢和细胞信号通路中产生重要的生理作用5,6；然而在线粒体完成生理活动的同时，会产生伤害自身的活性氧（ROS），造成线粒体功能损伤。由此，清除损伤线粒体对维持细胞生存至关重要。因此，线粒体稳态的改变被认为是众多疾病的产生的原因，这其中包括癌症、神经退行性疾病7。
细胞自噬在肿瘤形成发展过程中存在两面性：细胞自噬降解多泛素化/聚合态蛋白质、清除受损细胞器从而延长细胞寿命；另一方面当细胞稳态被打破，无节制的细胞自噬会导致细胞死亡。相似的，线粒体自噬在肿瘤发展历程中也起到双面的作用：线粒体自噬清除受损线粒体抑制细胞氧化应激，减少细胞癌变可能；但对于癌细胞而言， 线粒体自噬抑制了细胞的凋亡和坏死，提高了癌细胞在供能不足或缺氧条件下的生存8,9。由此，线粒体及线粒体自噬在癌症的发生发展中起到了重要的作用。
芝麻酚（3,4-亚甲二氧基苯酚）是芝麻油中的一种组分，被广泛认为是一种抗氧化剂，可以抑制脂质过氧化和清除自由基。其具有抗衰老、抗炎、保护肝脏、保护软骨和抗关节炎的功效，芝麻酚亦具有抗癌作用10。芝麻酚在多种肿瘤细胞模型中都表现出较强的抑癌活性。10（1）芝麻酚可以诱导小鼠的睾丸间质肿瘤细胞的凋亡、抑制了类固醇的生成，并且凋亡过程伴随着caspase-3的激活；（2）芝麻酚可以抑制转基因小鼠（Min Mice易患肠癌）肠道中息肉的发生率并抑制了环氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX2）的合成11; （3）芝麻酚通过固体脂质纳米粒技术在体内试验和体外试验中均表现出抗皮肤癌的活性12;一系列的报道提示芝麻酚抗癌机理可能与其抗氧化和防止DNA损伤的功能相关。另有报道指出，芝麻酚可通过线粒体通路激活细胞凋亡13。
线粒体是细胞内自由基的主要来源，而研究表明，芝麻酚可以清除细胞内的羟自由基、色氨酰基和脂质过氧化物。在乙酰氨基酚（acetaminophen，APAP）诱导的肝损伤大鼠模型中，芝麻酚有效的抑制了对乙酰氨基酚引起的氧化应激。相较与APAP组，芝麻酚保护组的肝脏中中过氧化氢、羟自由基（hydroxyl radicals）、脂质过氧化程度显著降低，并且顺乌头酸酶活力显著升高，表明芝麻酚通过降低线粒体产生的自由基并保持了TCA循环中顺乌头酸酶的酶活最终改善了APAP引起的氧化应激14。另外，有报道证明芝麻酚可有效抑制PD大鼠模型中由鱼藤酮引起的体重下降、运动功能下降、parkin表达下降和神经细胞的损伤15。由此，有理由相信，芝麻酚可以直接清除自由基，间接通过激活DJ1蛋白抑制了线粒体损伤，通过激活HSPs抑制细胞凋亡（caspase依赖），并且还可以保护parkin，CHIP等蛋白的表达，抑制了PD等 神经退行性疾病的发生发展。
芝麻酚作为一种具有多功效的化合物，我们使其作用于人肝癌细胞HepG2，通过研究其作用于细胞导致线粒体自噬诱导人肝癌细胞HepG2凋亡，对其机制的研究有助于探求了解细胞自噬，尤其是线粒体自噬与肿瘤细胞之间的关系；亦有助于探求细胞自噬、线粒体自噬与细胞凋亡三者之间的关系；通过研究芝麻酚通过特定信号通路影响线粒体自噬和细胞凋亡，讨论利用芝麻酚治疗癌症的可能性。
【拟研究或解决的问题】
1.芝麻酚是否能诱导人肝癌细胞HepG2凋亡
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