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　　 溶酶体（lysosome）是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器。其主要功能是进行细胞内的消化作用。与其它细胞器不同，溶酶体存在的最早证据不是来自形态观察，而是在用差速离心方法分析细胞组分时获得的。1949年，de Duve将大鼠肝组织匀浆，并对其中各种细胞器进行分级分离，以期找出哪些细胞器与糖代谢的酶有关。在测定作为对照的酸性磷酸酶活性时，发现酶的活性主要在线粒体的组分中。但实验结果却出现了一些反常的现象，如蒸馏水提取物中酶的活性比在蔗糖渗透平衡液抽提物中酶的活性高。放置一段时间的抽提物比新鲜制品中的酶活性高，而且其酶的活性却与沉淀物线粒体无关。随后又发现其它几种水解酶也有类似的现象，从而推测在线粒体组分中还存在一种新的细胞器。1955年，de Duve与Novikoff合作首次用电子显微镜证明了溶酶体的存在。溶酶体几乎存在于所有的动物细胞中，植物细胞内也有与溶酶体功能类似的细胞器―圆球体、糊粉粒及植物中央液泡，原生动物细胞中也存在类似溶酶体的结构。典型的动物细胞中约含有数百个溶酶体，但在不同的细胞内溶酶体的数量和形态有很大差异，即使在同一种细胞中溶酶体的大小，形态也有很大区别，这主要是由于每个溶酶体处于其不同生理功能阶段的缘故。溶酶体在维持细胞正常代谢活动及防御等方面起着重要作用，特别是在病理学中具有重要意义，因此越来越引起人们对溶酶体研究的高度重视。

溶酶体
lysosomei

 

 

 

 

 
溶酶体的结构类型

溶酶体是一种异质性（heterogenous）的细胞器，这是指不同的溶酶体的形态大小，甚至其中所包含的水解酶的种类都可能有很大的不同，根据溶酶体处于完成其生理功能的不同阶段，大致可分为初级溶酶体（primary lysosome）、次级溶酶体（secondary lysosome） 和残余小体（residual body）。初级溶酶体呈球形，直径约0.2～0.5μm，内容物均一，不含有明显的颗粒物质，外面由一层脂蛋白膜围绕，厚度为7.5nm。其中含有多种水解酶类，如蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷脂酶、磷酸酶和硫酸酶等，其共同的特征是都属酸性水解酶，即酶的最适pH为5左右。如将氢氧化氨或氯奎（chloroquine）等可穿入细胞膜的碱性物质加入细胞培养液中，致溶酶体中pH值提高至7左右，则可使溶酶体酶失去活性。溶酶体膜在成分上也与其它生物膜不同。（1）嵌有质子泵，借助水解ATP释放出的能量将H+泵入溶酶体内，使溶酶体中的H+ 浓度比细胞质中高100倍以上，以形成和维持酸性的内环境；（2）具有多种载体蛋白用于水解的产物向外转运；（3）膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白的降解。目前已发现60余种溶酶体的酶类，多数为可溶性的酶，有些整合在溶酶体膜上。酶蛋白本身的结构能抗御酸变性作用。已克隆了近20种酶的cDNA，并测出了一些酶的基因序列，发现溶酶体的酶具有某些特征的同源序列。此外，催化相关反应的某种溶酶体的酶和非溶酶体酶之间蛋白质一级结构也非常相似，甚至与低等真核生物及原核生物的有关酶也非常相似。显然，溶酶体的酶与相关的非溶酶体酶是属于结构与功能上相似的一类酶的家族，推测它们在进化中有共同的起源。次级溶酶体是初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分别称之为自噬溶酶体（autophagolysosome）和异噬溶酶体（phagolysosome），二者都是进行消化作用的溶酶体。次级溶酶体中可能包含多种生物大分子、颗粒性物质、线粒体等细胞器乃至细菌等，因此其形态不规则，直径可达几个微米。电镜显示其内部结构非常复杂，常含有颗粒、膜片甚至某些细胞器。经过一段时间的消化后，小分子物质可通过膜上的载体蛋白转运到细胞质基质中，供细胞代谢使用，未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余小体或称后溶酶体。残余小体可通过类似胞吐的方式将内容物排出细胞。用溶酶体的标志酶反应，可辨认出不同形态与大小的溶酶体。酸性磷酸酶（acid phosphatase）是常用的标志酶，用这种方法不仅有助于研究溶酶体的发生与成熟过程，而且还发现了多泡体、线状溶酶体等多种类型的溶酶体，但其机能尚不完全清楚。因此溶酶体可以看作是以含有大量酸性水解酶为共同特征的，不同形态大小，执行不同生理功能的一类异质性的细胞器。少量的溶酶体酶泄露到细胞质基质中，并不会引起细胞损伤，其主要原因是细胞质基质中的pH值为7.0左右，在这种环境中溶酶体酶的活性大大降低。此外，在酵母细胞质中已发现一些蛋白可以特异地与溶酶体酶结合而使其丧失活性。植物细胞的液泡中含有多种水解酶类，具有与动物细胞溶酶体类似的功能，一般液泡约占细胞总体积的30％以上，但在不同细胞中液泡体积从5％直至90％不等。除此之外，液泡还具有储存营养与废物、调节细胞体积增长及细胞膨压等多种作用。
 

溶酶体是单层膜围绕、内含多种酸性水解酶类的囊泡状细胞器，其主要功能是进行细胞内的消化作用，典型的动物细胞中约含有数百个溶酶体，但在不同的细胞内溶酶体的数量和形态有很大差异
 

电镜下观察，溶酶体（lysosome）是由一个单位层膜围成的球状体，主要化学成分为脂类和蛋白质，体内富含水解酶，几乎存在于所有的动物细胞中
 

初级溶酶体（primary lysosome）：从高尔基体（Golgi）扁囊端部膨大脱离下来所形成的溶酶体，其内的酸性水解酶暂时处于不具消化作用的潜伏状态
 
溶酶体的功能
溶酶体的基本功能是对生物大分子的强烈的消化作用，这对于维持细胞的正常代谢活动及防御微生物的侵染都有重要的意义。
 
清除无用的生物大分子、衰老的细胞器及衰老损伤和死亡的细胞
处于不同的细胞周期，不同的分化阶段及不同生理状态下的细胞，都需要一系列特定的酶系统。细胞生理状态的变化常常是通过酶系统的改变。原核细胞的快速增殖可稀释不需要的酶，但对于真核细胞则需要通过降解的方式来清除暂时不需要的酶或某些代谢产物，溶酶体参与完成这一功能。此外，细胞中的生物大分子及细胞器都有一定的寿命，为了保证细胞正常的代谢活动与调控，必须不断地清除衰老的细胞器和生物大分子。很多生物大分子的半寿期只有几小时至几天，肝细胞中线粒体的平均寿命约10天左右，细胞质膜也处在不断地更新之中。占成人细胞总数1/4的红细胞仅能存活120天，因此人体每天清除的红细胞多达1011个，这些任务主要由溶酶体和蛋白酶体共同担负，即溶酶体起着清道夫的作用。其中还包括在发育和成体中凋亡的细胞。当溶酶体酶缺失或产生溶酶体酶的某个代谢环节出现故障时，上述物质就不能被水解而积留在溶酶体中，结果细胞成分与结构得不到更新，直接影响细胞的代谢，引起疾病。如台-萨氏（Tay-Sachs） 病就是由于溶酶体中缺少β-氨基己糖酯酶A（β-N-hexosaminidase A）。在正常人体或哺乳动物细胞中，特别是神经细胞中，细胞膜的神经节苷脂（ganglioside）GM2一直处于合成与降解的不断更新状态。由于缺少β-氨基己糖酯酶A，GM2不能被溶酶体水解而积累在细胞内，特别是脑细胞中，造成精神呆滞，约2～6岁即死亡。除台--萨氏病外，已发现几十种这类型的疾病，其共同特征是细胞溶酶体内充满了未被降解的物质，因此称为储积症，它是一种隐性的遗传病，已引起人们越来越大的重视。溶酶体的酶对水解底物似乎没有选择性，但暂不需要的大分子和衰老的细胞器选择性地进入自噬泡，溶酶体识别并与之融合，这显然是一个精确的调控过程，其机制还不了解。对衰老细胞的清除主要是由巨噬细胞完成，如衰老的红细胞膜骨架发生改变，导致细胞韧性的改变，而不能进入比其直径更小的毛细血管中。同时细胞表面糖链中的唾液酸残基脱落，暴露出半乳糖残基，从而被巨噬细胞识别并捕获，进而被吞噬和降解。
 

次级溶酶体（secondary lysosome）：初级溶酶体与细胞内的自噬泡或异噬泡、胞饮泡或吞噬泡融合形成的复合体，分为自噬溶酶体、异噬溶酶体和混合溶酶体三种
 

残余小体（residual body）：次级溶酶体经过一段时间消化后，其中的小分子物质转运到细胞质基质中，未被消化的物质残存在溶酶体中形成残余小体，可通过外排作用将内容物排出细胞
 

台-萨氏病（Tay-Sachs）是典型与溶酶体有关的疾病，由于溶酶体中缺少β-氨基己糖酯酶A，婴儿会出现扩大的苍白色神经元，造成精神呆滞，约2～6岁即死亡，在欧洲犹太后裔最常见
 
防御功能
防御功能是某些细胞特有的功能，它可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在溶酶体作用下将其杀死并进一步降解。动物细胞中有几种吞噬细胞（phagocyte）常常位于肝、脾和其它血管通道中，用以清除形成抗原抗体复合物的有机体颗粒及吞噬的细菌、病毒等入侵者。同时也不断清除衰老死亡的细胞和血管中颗粒物质。当机体被感染后，单核细胞（monocyte）移至感染或发炎的部位，分化成巨噬细胞，巨噬细胞中溶酶体非常丰富，并含有过氧化氢、超氧物（O2－）与溶酶体酶等共同作用杀死细菌，电镜下巨噬细胞内常常可以见到较多残余小体，这也可能是为什么它的寿命只有1～2天的缘故。某些病原体被细胞摄入，进入吞噬泡或胞饮泡中但并未被杀死，如麻疯杆菌（Mycobacterium leprae）、利什曼原虫（Leishmania）等 ，它们可在巨噬细胞的吞噬泡中繁殖，其原因主要是通过抑制吞噬泡的酸化从而抑制了溶酶体酶的活性。一些病毒也是借助受体介导的细胞内吞作用而侵入宿主细胞的，它们巧妙地利用胞内体中的酸性环境将病毒核衣壳释放到细胞质中，如在细胞培养液中加入氢氧化铵或氯奎等碱性试剂，将内吞泡中的pH值提高至7左右，则病毒虽然能进入细胞，但不能将其核衣壳从胞内体中释放到细胞质基质中，因而也就不能在细胞中繁殖。
 

巨噬细胞中溶酶体非常丰富，可以识别并吞噬入侵的病毒或细菌，在过氧化氢、超氧物与溶酶体酶共同作用下将其杀死并进一步降解，由于残余小体很多，寿命仅仅1～2天
 

在受精过程中的作用，精子的顶体相当于特化的溶酶体，其中含多种水解酶类，能溶解卵细胞的外被及滤泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞
 

两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化，哺乳动物断奶后乳腺的退行性变化等都涉及某些特定细胞程序性死亡及周围活细胞将其清除，这些过程都与溶酶体有关
 
其它重要的生理功能
（1）作为细胞内的消化“器官”为细胞提供营养，如降解内吞的血清脂蛋白，获得胆固醇等营养成分。很多单细胞真核生物如粘菌、变形虫等靠吞噬细菌和某些真核微生物而生存，其溶酶体的消化作用就显得更为重要。饥饿状态下，溶酶体可分解细胞内的生物大分子以保证机体所需的能量。在肝细胞中，每小时降解的蛋白质占肝细胞蛋白总量的4.5％，这一过程主要由溶酶体完成。（2）在分泌腺细胞中，溶酶体常常摄入分泌颗粒，可能参与分泌过程的调节。在甲状腺中，甲状腺球蛋白（thyroglobin）储存在腺体内腔中，通过吞噬作用进入分泌细胞内并与溶酶体融合，甲状腺球蛋白被水解成甲状腺素，然后分泌到细胞外的毛细血管中。（3）两栖类发育过程中蝌蚪尾巴的退化，哺乳动物断奶后乳腺的退行性变化等都涉及某些特定细胞程序性死亡及周围活细胞将其清除，这些过程都与溶酶体有关。（4）在受精过程中的作用，精子的顶体（acrosome）相当于特化的溶酶体，其中含多种水解酶类，如透明质酸酶、酸性磷酸酶、β-N-乙酰葡萄糖胺酶及蛋白水解酶等，它能溶解卵细胞的外被及滤泡细胞，产生孔道，使精子进入卵细胞，精子冷冻保存中的技术难题之一就是防止顶体的破裂。
 
溶酶体的发生

外部环境中大分子营养物质经内吞作用进入细胞形成的胞饮小体或吞噬小体，与初级溶酶体融合称为次级溶酶体，其中的酸性水解酶能将这些物质消化分解为小分子物质扩散到细胞质中，对细胞起营养作用；一些未消化的物质就残留在溶酶体内形成残余小体，最后排出体外；细胞吞噬的异物（如细菌、病毒和毒物等）也可在溶酶体内被消化，起到防御作用；溶酶体还可以消化细胞衰老的细胞器，其降解的产物可被细胞重新利用
   
   
溶酶体酶是在粗面内质网上合成并经N-连接的糖基化修饰，然后转至高尔基体，在高尔基体的顺面膜囊中寡糖链上的甘露糖残基发生磷酸化形成M6P，在高尔基体的反面膜囊和TGN膜上存在M6P的受体，这样溶酶体的酶与其它蛋白区分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式转运到溶酶体中。对这一过程的细节已有了进一步的了解。溶酶体酶甘露糖残基的磷酸化先后由两种酶催化： 一种是N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶（N-acetylglucosamine phosphotransferase，GlcNAc-P-ransferase）；另一种是磷酸葡萄糖苷酶（phosphoglycosidase）。当溶酶体酶进入高尔基体的cis膜囊后，N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶将单糖核苷酸（suger nucleotide）UDP-GlcNAc上的GlcNAc-P转移到高甘露糖寡糖链上的α-1，6甘露糖残基上，再将第二个GlcNAc-P加到α-1，3的甘露糖残基上，接着在高尔基体中间膜囊中磷酸葡萄糖苷酶除去末端的GlcNAc暴露出磷酸基团，形成M6P标志。ド鲜龇从ι婕傲姿嶙移酶如何从自内质网转入高尔基体的多种蛋白中识别溶酶体酶，现已确定在溶酶体酶分子中存在识别信号，这种信号不是一段肽链而是依赖于溶酶体酶的构象或三级结构形成的信号区（signal patch）。其它部位可使信号识别作用更为有效。一旦磷酸转移酶识别了溶酶体酶的信号区后，在每条寡糖链上便可以同时形成几个M6P，而多数溶酶体酶分子上具有多个N--连接的寡糖链。如果当一个溶酶体酶分子与一个磷酸转移酶的识别位点相结合时，其亲和常数为Ka=105L/mol，在高尔基体的TGN中，含有多个M6P的溶酶体酶与M6P受体结合，其亲和常数Ka可达109L/mol，前后对比放大了10000倍。在高尔基体的TGN中，受体分子集中地分布在TGN膜的某些部位，使溶酶体酶与其它的蛋白质分离并起到局部浓缩的作用，从而保证了它们以出芽的方式向溶酶体中转移。M6P受体有两种，其中一种是依赖钙的受体，它也作为胰岛素类生长因子Ⅱ的受体，这种受体已被纯化，它在pH为7左右时与M6P结合，而pH为6以下则与M6P分离。TGN上形成的转移小泡首先将溶酶体酶转运到前溶酶体（prelysosome）中，有人认为前溶酶体是载有溶酶体酶的转运小泡与某种胞内体（endosome）融合形成，因此又称之为内吞溶酶体（endolysosome）。还有的学者认为前溶酶体即为初级溶酶体，前溶酶体的基本特征是脂蛋白膜上具有质子泵，腔内呈酸性，pH为6左右。用抗M6P受体的抗体进行免疫标记显示M6P受体存在于高尔基体的TGN和前溶酶体膜上，但不存在于溶酶体膜上。如用弱碱性试剂处理体外培养细胞，则M6P受体从高尔基体的TGN上消失而仅存在于前溶酶体膜上，这一结果提示，M6P受体穿梭于高尔基体和前溶酶体之间。在高尔基体的中性环境中，M6P受体与M6P结合，进入前溶酶体的酸性环境中后，M6P受体与M6P分离，并返回高尔基体中。同时在前溶酶体中，溶酶体酶蛋白中的M6P去磷酸化，进一步促使M6P受体与之彻底分离。载有溶酶体酶的运输小泡从TGN出芽的过程需要笼形蛋白的帮助，运输小泡形成后笼形蛋白便脱离运输小泡。溶酶体酶的M6P 特异标志是目前研究高尔基体分选机制中了解较为清楚的一条途径。然而这一分选体系的效率似乎不很高，一部分含有M6P标志的溶酶体酶会通过运输小泡直接分泌到细胞外。在细胞质膜上，存在依赖于钙离子的M6P受体，它同样可与胞外的溶酶体酶结合，在笼形蛋白协助下通过受体介导的内吞作用，将酶送至前溶酶体中，M6P受体也同样可返回细胞质膜，反复使用。分泌到细胞外的溶酶体酶多数以酶前体的形式存在且具有一定的活性，但蛋白酶是一例外，其前体没有活性。蛋白酶需要进一步切割与加工才能成为有活性的蛋白酶，这一过程是否发生在前溶酶体或溶酶体中，尚不清楚。M6P分送途径并非溶酶体酶分选的唯一方式，前面已提到在I-细胞病人的肝细胞中虽然不能形成M6P标志，但仍可产生溶酶体，说明至少还存在另一条不依赖于M6P的分选途径。已发现在正常淋巴细胞中，如在细胞毒T细胞和自然杀伤T细胞的溶酶体中，既含有溶酶体酶也含有水溶性蛋白穿孔素（perforin）和粒酶（granzyme），溶酶体酶是通过依赖于M6P的途经进入溶酶体；而后者是通过不依赖M6P的途经进入溶酶体。当接到外界信号后，这类溶酶体会象分泌泡一样释放内含的物质，杀伤靶细胞，因此又称这类溶酶体为分泌溶酶体（Secretory lysosome）。在溶酶体中，除了水溶性的酶外，还有一些是结合在膜上的酶，如葡萄糖脑苷脂酶（glu-cocerebrosidase），此外还有溶酶体膜上的特异膜蛋白，这些蛋白也是在内质网上合成，经高尔基体加工与分类的。M6P标志的作用是把可溶性的蛋白结合在特异膜受体上，因此溶酶体的膜蛋白就不必要M6P化，但这些膜蛋白如何同其它蛋白区分开来而特异地分送到溶酶体中，其机制还不清楚。实际上，溶酶体的发生可能是多种途径的复杂过程。不同种类的细胞可能采取不同的途径，同一种细胞也可能有不同的方式，甚至某些酶还可能通过不同的渠道进入溶酶体中，如酸性磷酸酶合成时是一种跨膜蛋白，但它并不涉及M6P途径，而象其它质膜蛋白那样经高尔基体转运到细胞表面，随后依赖于其细胞质基质部分酪氨酸残基信号，从细胞表面转运到溶酶体中，在细胞质中的巯基蛋白酶和溶酶体中的天冬氨酸蛋白酶的作用下成为水溶性的酶。酸性磷酸酶常常作为鉴定溶酶体的主要标志酶，如果能进一步了解它的合成与复杂的转运机制，显然有助于我们对实验结果的正确理解与分析。溶酶体酶的加工常常发生在它们进入溶酶体以后，不同种酶的加工方式也各自不同，然而有些加工，如糖侧链的部分水解，可能是溶酶体内特定环境造成的，对酶的活性并非必要。