7.1.2 自噬发生的过程
自噬发生过程非常复杂，以巨自噬为例，自噬包括以下几个阶段：前自噬体的诱导和形成、自噬体装配和延伸阶段、自噬溶酶体成熟和自噬溶酶体内被包装物的降解阶段（具体过程见图7-2）。
第一个阶段，前自噬体的诱导阶段，在酵母细胞中，特异性自噬体前体结构（pre-autophagosomal structure，PAS）会招募其他自噬相关基因（autophagy associated gene，Atg）蛋白及囊泡等膜成分，形成双层膜结构，因此PAS 的形成是自噬发生的必要条件之一。自噬体前体结构的形成主要有三种复合物参与，分别为PI3K-AKT-mTOR、ULK1-Atg13-FIP200 和PI3K-Vps34-Beclin1 复合体。这三种复合物中，PI3K 募集并活化AKT 以及它的激动子3-磷脂肌醇依赖性蛋白激酶1（PDK1），然后共同催化生成磷脂酰肌醇-3-磷酸盐（PI3P），进而活化mTOR 通路，从而抑制自噬，mTOR 通路的抑制剂雷帕霉素则能逆转这一过程，激活自噬。由ULK1/2（unc-51-like kinase 1/2，哺乳动物丝苏氨酸蛋白激酶Atg1 的同源体）、FIP200（黏着斑激酶家族200kDa 互作蛋白）和Atg13 共同组成的ULK1/Atg13/FIP200 复合物主要负责调节自噬的起始。除此之外，另一个参与自噬起始的复合体是PI3K-Vps34-Beclin1，Beclin-1 是酵母Atg6/Vps30 在哺乳动物的同源体，PI3K 和Vps34 生成PI3P与Beclin1 相结合，共同介导自噬启动，现在对于PI3P 在自噬启动过程中的具体作用机制尚不清楚。
自噬的发生受到多种因素的调控，其中营养成分缺乏会激活细胞自噬，当细胞营养充足时，mTORC1 与Atg1/ULK1 复合物将Atg1/ULK1 及Atg13 磷酸化，导致ULK1 激酶活性降低，从而抑制自噬的启动。当细胞处于饥饿条件时，ULK1 从mTORC1 与Atg1/ULK1 复合物中分离，运送到自噬体膜上，导致FIP200 和Atg13 活化，最终启动自噬。除此之外，细胞的“代谢和能量感受器”腺苷酸激活的蛋白激酶（AMP-actived proteinkinase，AMPK）也可调节Tsc1/2 复合物活性，从而调控ULK1 活性，导致自噬的启动。磷脂酰肌醇3-激酶复合物（Beclin1-PI3KC3）对自噬体的形成也至关重要，这主要是Atg14通过磷酸化将Vps34-Vps15 与Beclin1/Atg6 形成复合物，导致PI3K 复合物定位于自噬体前体，PI3P 募集下游蛋白，从而诱导自噬起始。PI3KC3 激酶复合物不仅参与自噬泡成核及自噬泡的形成，而且在自噬体膜的延伸、自噬体形成的整个过程中都发挥了不可或缺的作用。
图7-2 经典自噬的形成过程（ 引自Yuhui Wu et al. 并重绘）
第二阶段，自噬体装配和延伸阶段，自噬体前体结构形成以后，介导双层膜结构在多个Atg 蛋白的调控下进一步扩展，从而包裹胞内组分，最终在Atg 蛋白等帮助下延伸和封闭，形成自噬体。在双层膜延伸和封闭形成自噬体的过程中，Atg5-Atg12-Atg16L 和Atg8-PE/LC3Ⅱ复合物发挥着重要的调节作用。Atg12 是第一个被发现的泛素样Atg 蛋白且高度保守，在类泛素化过程中，Atg12 羧基末端甘氨酸首先被E1 样酶Atg7 激活，然后被E2 样酶Atg10 修饰，Atg12 和Atg5 形成一个异源二聚体复合物。最后Atg16 与Atg12-Atg5 异源二聚体复合物连接形成Atg5-Atg12-Atg16L 复合物。在自噬体形成早期，此多聚复合物Atg5-Atg12-Atg16L 定位在自噬泡外侧，是自噬所必需的复合物。研究发现，在哺乳动物中存在ATG8 的同源形式主要是微管相关蛋白质第3 轻链（microtubule associated protein light chain 3，MAP1LC3，简称LC3S）类，包括LC3A、LC3B 和LC3C 等，LC3 作为Atg8 的同源物后来成为判断自噬发生的主要标志物。首先LC3 羧基端被Atg4 切去后，转变为LC3Ⅰ并储存于细胞质中，然后LC3Ⅰ被Atg7 和Atg3 催化并与磷脂酰乙醇胺（PE）结合，最终形成LC3Ⅱ。当自噬囊泡与溶酶体融合时，在溶酶体内，LC3Ⅱ被降解。因此，LC3 通常被当作细胞自噬流强弱的关键标记分子。
第三阶段，自噬溶酶体的形成及降解，当自噬体形成后，自噬体外膜与溶酶体发生融合，此特异性结构称为自噬溶酶体（autolysosome）。在这个过程中，LC3 作为衔接蛋白发挥了重要作用，它通过C-端与自噬体膜结合，同时LC3 氨基酸末端与微管蛋白以及微管结合并衔接自噬体与微管，协助完成自噬体沿微管的运输过程，最终完成自噬体与溶酶体融合。在这个过程中有多种基因参与，其中RAB 蛋白与GTP 结合参与调控细胞器之间的囊泡运输，自噬发生初期，RAB5 被新生吞噬体募集，在成熟过程中被晚期内吞的RAB7取代，随后RAB7 募集下游效应因子促进与溶酶体的融合，从而保证自噬流的通畅。因此RAB7 的参与是促进自噬泡与溶酶体融合形成自噬溶酶体的关键环节。自噬溶酶体形成以后，溶酶体内酯酶和蛋白酶将自噬体内膜和内含物降解成小分子被排出或滞留在细胞质中。而自噬溶酶体所产生的细管状结构，将通过自噬性溶酶体再次形成新的溶酶体。