真核生物细胞器
溶酶体的研究综述
摘要：溶酶体(lysosomes)是具有一组水解酶、并起消化作用的细胞器。溶酶体为细胞内的一种细胞器，外被单位膜，内含多种更至些壁堕，能分解各种内生性或外源性物质，被视为细胞内的消化装置。所有动物细胞(除成熟的红细胞外)和许多植物细胞均有溶酶体。它是细胞普遍存在的一种细胞器。内部基质含有多种高浓度的酸性水解酶。许多研究表明，溶酶体态细胞的正常生理活动、病理过程和药理作用等方面都多有非常重要的作用。本文将从溶酶体的发现、化学组成、结构、发生、功能极其与人类的关系等多个方面对之展开深入探讨。 关键词：溶酶体 发现 化学组成 结构 发生 功能
前言：溶酶体（lysosome）为细胞浆内由单层脂蛋白膜包绕的内含一系列酸性水解酶的小体。是细胞内具有单层膜囊状结构的细胞器，溶酶体内含有许多种水解酶类，能够分解很多种物质，溶酶体被比喻为细胞内的“酶仓库”“消化系统”。 Christian de Duve（1955）在大鼠肝脏中，从比线粒体分区稍轻的地方得到含有水解酶的颗粒分区，并以可进行水解（lyso）的小体（some）这个意义而命名为溶解体（lysosome）。溶酶体中含有40种以上的酸性水解酶，是在酸性区域具有最适pH的水解酶组。据电子显微镜观察，溶酶体是由6～8毫微米厚的单层膜所围着的直径为0.4微米至数微米的颗粒或小泡。由于其形态极其多样化，所以把对酸性磷酸酶活性为阳性的物质鉴定为溶酶体。溶酶体可分为三大类，初级溶酶体（primary lysoso－me）、次级溶酶体（secondary lysosome）和残余小体。溶酶体是由高尔基体断裂产生，单层膜包裹的小泡，数目可多可少，大小也不等，溶酶体的pH为5左右，是其中酶促反应的最适pH。
1 溶酶体的发现
1955年de Duve与Novikoff首次发现溶酶体（lysosome）。德迪夫（DE Duve,Christian Rene） 比利时细胞学家。在二十世纪的五十年代初期，Christian de Duve 和他的同事在研究亚细胞组分时发现了溶酶体，不过，溶酶体的发现带有很大的偶然性。
de Duve 对胰岛素在碳水化合物代谢中的作用很感兴趣, 他打算通过对葡糖-6-磷酸酶在细胞内的定位来研究胰岛素对碳水化合物代谢的影响, 该酶在细胞内的作用是向血液中释放葡萄糖。
在试验中，他们选用酸性磷酸酶作为对照，因为酸性磷酸酶并不参与碳水化合物的代谢。他们先用0.25M的蔗糖对肝组织进行匀浆，然后用差速离心分离细胞组分。实验中发现葡糖-6-磷酸酶总是与微粒体在一起被分离。这一发现非常重要，因为当时人们普遍认为微粒体就是破碎的线粒体囊泡，由于葡糖-6-磷酸酶只与微粒体相关, 并不与线粒体一起被分离, 这就有理由推测, 微粒体是不同于线粒体的细胞结构。
另一方面，他们发现虽然在离心分离的线粒体组分中酸性磷酸酶的浓度最高，但也只占肝细胞中酸性磷酸酶总量的10%, 还有90%的酸性磷酸酶在离心分离过程中是如何分部的并不了解。当时他并没有重新分析实验结果，因为时间太晚了,于是将样品放在低温下冷藏起来。可是，几天后当他重新分析分离样品的酸性磷酸酶时，发现活性比原来高出了10倍。于是 de Duve 推测∶某些酸性磷酸酶在分离的线粒体组分中可能被"隐藏"了，在冷藏过程中酸性磷酸酶被某种因素激活。于是他对冷藏的线粒体分离样品重新离心，将线粒体沉淀后分析上清液中酸性磷酸酶的活性，发现上清液中的酸性磷酸酶的活性提高了，这就是说,冷藏后酸性磷酸酶活性的提高主要是由于可溶性的酸性磷酸酶量的增加。
虽然这一发现与de Duve原来的研究目的无关，但是他决定继续研究下去，因为他意识到这种发现有某种重要性。他很快发现除了冷藏之外还有其它的一些处理也可以提高酸性磷酸酶的活性。他们发现在样品匀浆过程中，通过冷冻、加热、添加去垢剂等都能够提高肝组织匀浆液中酸性磷酸酶的活性。由于所采取的措施都是促进膜的破裂, 于是推测∶酸性磷酸酶位于膜结合的细胞器中，因为他们用于分析酸性磷酸酶活性的底物都是不能通过扩散穿过膜的双脂层, 只有膜破裂之后待酸性磷酸酶释放到溶液中才能测到酶的活性。
细胞内有很多种膜结合细胞器，酸性磷酸酶到底存在于何种膜结合细胞器中? de Duve 原先将酸性磷酸酶定位在线粒体中，后来在一次偶然的实验中，否定了这一假设。他的一位学生在离心分离线粒体时，并没有用超速离心而是用了较低的速度，这种较低速度的离心同样分离到大量的线粒体组分，但是在收集的线粒体组分中没有可检测的酸性磷酸酶的活性。这种偶然的发现导致de Duve相信酸性磷酸酶位于其它的膜结合细胞器中。
为了验证这一想法，他重新设计了分离线粒体的离心分离方法，按照原先的方法分离线粒体组分后，再调整离心速度重新进行离心分离，得到大小两部分(fraction)，发现与线粒体功能有关的酶,如细胞色素氧化酶, 存在于大的部分中，而酸性磷酸酶和另一些水解酶类(核糖核酸酶、脱氧核糖核酸酶、β-葡萄糖醛酸酶、组织蛋白酶)一起存在于小的部分中, 由于这5种酶都是小分子的水解酶, 于是de Duve认为大的部分是真正纯化的线粒体，而小的部分在细胞内行使消化作用，1955年他将这一部分命名为溶酶体。需要说明的是，de Duve发现的只是生化证据，并没有看到真正的溶酶体，在电子显微镜下观察到溶酶体是后来的事。
2 溶酶体的化学组成
溶酶体膜的成分主要为脂蛋白，含有较多的鞘磷脂成分。目前在溶酶体中已发现有60多种酸性水解酶，主要包括：蛋白酶、核酸酶、糖苷酶、脂酶、磷酸酶、硫酸脂酶和磷脂酶等。常见的有：酸性RNA酶、酸性DNA酶、酸性磷酸酶、蛋白磷酸酶、组蛋白酶、氨基肽酶、胶原酶、α—葡萄糖苷酶、β—葡萄糖醛酸苷酶、β—N—乙酰氨基葡萄糖苷酶、。α—甘露糖苦酶、β—半乳糖首酶、葡聚糖酶、透明质酸酶、溶菌酶、酸性脂肪酶、磷脂酸磷酸酶和芳香基硫酸脂酶等(图)。这些酶的最适PH为5.0，在酸性环境中能把蛋白质、核酸、·多糖及脂类等分解成为氨基酸、核苷酸、单糖、游离脂肪酸等小分子。溶酶体内为酸性环境，溶酶体酶处于最佳活性状态。但在正常细胞内溶酶体酶不消化溶酶体自身的膜，这与溶酶体膜的结构和功能特征密切相关。构成溶酶体膜的蛋白质是高度糖基化的，
可保护膜免受溶酶体内蛋白酶的消化。在细胞质一般为PH7．0—7．3在此环境中溶酶体酶的活性大为降低。（如图14-1）
溶酶体的标记酶（也叫特征酶）是酸性磷酸酶(acid phosphatase)，因此，可以在切片上用细胞化学的染色法显示出酸性磷酸酶，从而可以帮助识别溶酶体。
虽然溶酶体含有60多种水解酶，但并不是都包含在每一个溶酶体中，当然每一个溶酶体内也不仅仅含有一种酶。不同类型的溶酶体所含水解酶的种类是不同的，即使在同一个细胞内的溶酶体，所含的酶类也可能不同
3 溶酶体的结构
3.1 溶酶体的基本结构
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消化。
溶酶体具有异质性，形态大小及内含的水解酶种类都可能有很大的不同，标志酶为酸性磷酸酶。根据完成其生理功能的不同阶段可分为初级溶酶体（primary lysosome），次级溶酶体（secondary lysosome）和残体（residual body）。
3.1.1 初级溶酶体
直径约0.2~0.5um膜厚7.5nm，内含物均一，无明显颗粒，是高尔基体分泌形成的（图1）。含有多种水解酶，但没有活性，只有当溶酶体破裂，或其它物质进入，才有酶活性。其水解酶包括蛋白酶，核酸酶、脂酶、磷酸酶、硫酸酯酶、磷脂酶类，已知60余种，这些酶均属于酸性水解酶，反应的最适PH值为5左右，溶酶体膜虽然与质膜厚度相近，但成分不同，主要区别是：①膜有质子泵，将H+泵入溶酶体，使其PH值降低。②膜蛋白高度糖基化，可能有利于防止自身膜蛋白降解。初级溶酶体多呈球形，内含物均一，不含明显的颗粒或膜的碎片。
图1 初级溶酶体 引自http://www.uni-mainz.de
3.1.2 次级溶酶体
这些都是消化泡（图2），正在进行或完成消化作用的溶酶体，内含水解酶和相应的底物，可分为异噬溶酶体（phagolysosome）和自噬溶酶体（autophagolysosome），前者消化的物质来自外源，后者消化的物质来自细胞本身的各种组分。此类溶酶体体积较大，形态不规则，具有异质性。
图2 次级溶酶体 引自http://www.uni-mainz.de
3.1.3 残体
次级溶酶体中消化不掉的物质便残留在溶酶体内，形成残余小体。常见的残余小体有形态不规则、内含脂滴、小泡及高电子密度的脂褐质小体，以及内含铁
颗粒的含铁小体等。（图3）
图3 肝细胞中的脂褐质 引自《细胞生物学超微结构图谱》1989
3.2 溶酶体膜的稳定性
溶酶体的外被是一层单位膜， 内部没有任何特殊的结构。由于溶酶体中含有各种不同的水解酶类，所以溶酶体在生活细胞中必须是高度稳定的。溶酶体的稳定性与其膜的结构组成有关：
（1） 溶酶体膜中嵌有质子运输泵（H+-ATPase），将H+ 泵入溶酶体内， 使溶酶体中的H+ 浓度比细胞质中高；同时， 在溶酶体膜上有Cl-离子通道蛋白，可向溶酶体中运输Cl-离子， 两种运输蛋白作用的结果，就等于向溶酶体中运输了HCl， 以此维持溶酶体内部的酸性环境（pH约为4.6～4.8）。
（2）溶酶体膜含有各种不同酸性的、高度糖基化膜整合蛋白， 这些膜整合蛋白的功能可能是保护溶酶体的膜免遭溶酶体内酶的攻击， 有利于防止自身膜蛋白的降解。
（3）溶酶体膜含有较高的胆固醇， 促进了膜结构的稳定。
3.3 大鳍鳠卵细胞发生中的溶酶体结构变化
为了进一步的说明溶酶体的结构，举大鳍鳠卵细胞发生中的溶酶体结构变化为例说明之：大鳍鳠卵细胞发生中的溶酶体结构变化活跃, Ⅰ期卵原细胞胞质内可见线粒体、高尔基体和少量呈球状的初级溶酶体。Ⅱ期卵母细胞胞质内可见多个球状溶酶体,溶酶体内的水解酶蛋白呈结晶态,多紧贴线粒体部分分布。卵母细胞质膜绉缩,胞质边缘可见大量球状和线状溶酶体分布。Ⅲ期卵母细胞内侧出现绒毛状卵膜结构,外侧出现“放射带”,球状的初级溶酶体结构消失,绒毛状卵膜与放射带之间可见大量线状溶酶体结构。
Ⅰ期:(图3a)间质细胞中的球形溶酶体结构具单层膜,含有高度电子致密的内含
物。卵原细胞和间质细胞胞质中的溶酶体和线粒体结构紧贴
Ⅱ期卵母细胞胞质内球状溶酶体多见溶酶体内的水解酶蛋白呈结晶态(图
8a)
Ⅱ期还可见质膜绉缩胞质边缘可见大量线状溶酶体分布
Ⅲ期球状 的初级溶酶体结构消失,绒毛状卵膜与放射带之间大量线状溶酶体
从大鳍鳠卵发生过程的超微结构观察中可见,随着卵膜的发生,溶酶体在结构特征也有相应的变化,即:由含结晶状水解蛋白的球状初级溶酶体→含颗粒状蛋白水解酶的次级球状溶酶体,大量线状溶酶体出现,卵母细胞质膜绉缩、拆迭改变→绒毛状卵膜发生,次级多泡溶酶体出现→放射带出现,由内向外的绒毛状卵膜、线状溶酶体、放射带三明治结构,球状溶酶
体移向颗粒状滤泡细胞质内。通过此示例可以更加具体的了解溶酶体的结构。
4 溶酶体的生物发生
溶酶体的形成是一个相当复杂的过程，涉及的细胞器有内质网、高尔基体和内体等。下图为溶酶体生物发生的简图。（图4）
图4 溶酶体的生物发生
一般认为，初级溶酶体主要是由高尔基体扁囊出芽生成的。溶酶体酶在粗面内质网上合成，经N连接的寡糖修饰，转运至高尔基体。在高尔基体的顺面膜囊完成对寡糖链的修饰，使其中的一个或多个甘露糖残基磷酸化形成甘露糖—6—
磷酸(mannose—6—phosPhatc，M6P)。因为在高尔基体的反面膜囊有M6P受体，这样，溶酶体的酶通过与受体结合而和其他蛋白区分开来，并得以浓缩，最后以出芽的方式形成由网格蛋白(clathrin)包被的膜泡。有被小泡很快脱去包被，并与晚胞内体(tate endomme)融合。晚胞内体内的低PH(约5．5)使得溶酶体酶与受体分离。分离的受体返回高尔基体再循环，而溶酶体酶被裹进由晚胞内体出芽形成的一种不同的运输小泡中。在这个小泡中，酶被去磷酸化，然后，小泡很快就与溶酶体融合。M6P受体也存在于质膜上，推测它可与偶然分泌到细胞外的磷酸化的溶酶体酶结合，再通过有被小泡内化，形成有被小泡，与胞内体融合等类似的循环过程，最后把酶转移至溶酶体。目前的研究发现，溶酶体的发生可大致分为两种途径：甘露糖-6-磷酸途径和溶酶体形成的非M6P途径。
4.1 甘露糖-6-磷酸途径
甘露糖-6-磷酸途径（mannose 6-phosphate sorting pathway）是目前了解比较清楚的一种溶酶体发生途径，它的过程大致为：溶酶体的酶类在内质网上起始合成，跨膜进入内质网的腔，在顺面高尔基体带上甘露糖6-磷酸标记后在高尔基体反面网络形成溶酶体分泌小泡，最后还要通过脱磷酸才成为成熟的溶酶体。（如图5）
图5 溶酶体的酶寻靶过程、涉及的细胞器及机理(引自K1einsmith et.al.,1995)
大多数溶酶体的酶在寡糖链上含有甘露糖，在高尔基体内侧网络转变成6—磷酸甘霸糖。新形成的溶酶体的酶通过高尔基体，在高尔基体内侧网络与膜受体结合后被包进溶酶体分泌小泡，通过出芽形成自由的分泌泡。通过H+—质子泵调节溶酶体分泌小泡中的pH，使溶酶体的酶同受体脱离，受体再循环，溶酶体酶脱磷酸后成为成熟的初级溶酶体。
4.1.1 溶酶体酶蛋白的M6P标记
由于溶酶体的酶都是水解酶类，对细胞内的结构和化学组分具有破坏作用，所以它的形成必须有独特的机制加以保护。研究发现，溶酶体的酶上都有一个特殊的标记：甘露糖6—磷酸(mannose 6—phosphate，M6P)，这一标记是溶酶体酶合成后在糙面内质网和高尔基体通过糖基化和磷酸化添加上去的。
溶酶体的酶蛋白在膜旁核糖体上合成，通过信号斑的引导进入糙面内质网，在糙面内质网进行N—糖基化。在此过程中，溶酶体酶蛋白先带上3个葡萄糖、9个甘露糖和2个N—乙酰葡萄糖胺。然后切除3分子葡萄糖和1分子甘露糖后转运到高尔基体；在高尔基体内侧网络对N—连接的糖链进行磷酸化修饰，带上甘露糖6—磷酸的标记。
溶酶体酶蛋白的一级结构上通常有几段信号序列，在磷酸化时可形成信号斑，它是溶酶体酶蛋白多肽形成的一个特殊的三维结构，它是由三段信号序列构成的，可被磷酸转移酶特异性识别。（图6）
图6 信号斑
溶酶体蛋白的多肽上有三段信号序列，通过折叠，三个信号序列相互靠近形成信号斑结构
将磷酸基团添加到溶酶体酶的甘露糖的第6位碳上的反应是由两种酶催化的，第一种是N—乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶(N—acety8lucosamine phosphotransferase)，它有两个功能位点，一个是识别位点，能够同溶酶体酶的信号斑进行特异性结合；另一个催化位点，进行磷酸的转移。第二种酶是N—乙酰葡萄糖苷酶，功能是将N—乙酰葡萄糖胺切除。（图7）
图7 溶酶体酶蛋白信号斑与磷酸化酶相互作用
顺面高尔基体中的N-乙酰葡萄糖胺磷酸转移酶有两个功能位点，一个识别位点能够识别信号斑并与之结合；催化位点与高甘露糖N-连接的寡聚糖以及UDP-GlcNAc结合。
反应中磷酸基的供体是UDP—N—乙酰葡萄糖胺(N-acetyglucosamine，GlcNAc)，甘露糖残基磷酸化的位点是第6位碳原子。每个溶酶体酶蛋白上有8个甘露糖残基，至少有一个甘露糖残基被磷酸化，也会有多个甘露糖残基磷酸化的情况发生。溶酶体酶蛋白的甘露糖一旦被磷酸化，就带上了6—磷酸标记，通过这种修饰作用，内侧高尔基体中的pH由7转变成6。（图8）
图8 溶酶体酶蛋白甘露糖残基磷酸化的生化反应
4.1.2. 溶酶体酶的甘露糖6—磷酸分选途径
溶酶体的酶在高尔基体内侧面带上甘露糖6—磷酸标记后被转运到高尔基体内侧网络进行分选。这种分选作用是靠一种特殊的蛋白：M6P受体蛋白(M6P receptor protein)完成的。
M6P受体蛋白是高尔基体外侧网络上的膜整合蛋白，能够识别溶酶体水解酶上的M6P信号并与之结合，从而将溶酶体的酶蛋白分选出来，然后通过出芽的方式将溶酶体的酶蛋白装入分泌小泡。M6P受体蛋白同M6P的结合是高度特异的，并且具有较高的结合力。它在pH为6.5—7的条件下与M6P结合，而在酸性条件下(pH＝6)脱落。
M6P受体蛋白主要存在于高尔基体的外侧网络，但在一些动物细胞的质膜中发现有很多M6P受体蛋白的存在，这可能是细胞的一种保护机制，可防止溶酶体的酶不正确地分泌到细胞外。细胞质膜表面pH呈中性，溶酶体的酶蛋白在这种条件下与M6P受体紧紧地结合在一起，可通过内吞作用将分泌出来的溶酶体酶重新包装在小泡中并送回到细胞内。大多数这样的小泡能够与溶酶体或高尔基体的TGN融合。据估计大约有5％一10％的溶酶体酶是通过这种方式从细胞外送到细胞内。
溶酶体形成的M6F分选途径的主要过程是：具有M6P标记的溶酶体酶在高尔基体外侧网络与受体结合后，在网格蛋白帮助下形成具有网格蛋白外被的溶酶体酶分泌小泡，网格蛋白解聚后的溶酶体酶分泌小泡与具有分选作用的细胞器——次级内体融合。
研究发现，内体(endosome)也是细胞内一种膜结合的细胞器，有初级内体(early endosome)和次级内体(1ate endosome)之分，初级内体通常位于细胞质的外侧，次级内体常位于细胞质的内侧，靠近细胞核。内体的主要特征是酸性的、不合溶酶体酶的小囊泡，其内的受体与配体是分开的。一般认为初级内体是由于细胞的内吞作用而形成的含有内吞物质的膜结合的细胞器，通常是管状和小泡状
的网络结构集合体。
次级内体中的pH呈酸性，且具有分拣作用，能够分选结合物的受体，让它们再循环到细胞质膜表面或高尔基体内侧网络，次级内体中的受体和配体不再偶联在一起，所以次级内体又被称为CURIi(compartment of Mncoupling of receptor andligand)，意思是受体与配体习F偶联的区室。如上面讨论的溶酶体酶运输小泡与次级内体融合后，就是依靠次级内体的分拣作用使受体再循环的。另外，有学者将与溶酶体酶运输小泡融合的次级内体称为前溶酶体，因为此时的次级内体中有溶酶体酶原的存在。内体膜上具有H’—ATPase，利用H’的浓度，保证了内部酸性(图9—53)。初级内体和次级内体是可以区别的，因为它们的密度、pH和酶的含量不相同。但是次级内体是如何产生的还不太清楚。
由于次级内体内部的pH约5．5，融合后的内体中的pH低于6，所以与M6P受体结合的溶酶体酶与受体脱离，释放到内体中；接着，由次级内体中的磷酸酶使溶酶体酶脱磷酸，防止溶酶体酶与M6P受体重新结合。融合后的次级内体可以通过出芽形成两种类型的小泡，一种是含有溶酶体酶蛋白但不含M6P受体，这种小泡即是成熟溶酶体；另一种小泡只含有M6P受体，不含有酶，它们主要是同外侧高尔基体膜融合，偶尔这种小泡也会同质膜融合完成M6P的再循环。
另一方面，极少数分泌到细胞外的溶酶体酶与质膜中M6P受体蛋白结合，并通过内吞作用被包装到初级内体中，然后通过与来自外侧高尔基体的溶酶体酶运输小泡相同的方式形成成熟的溶酶体。
值得注意的是，上面所讨论的溶酶体酶分选运输的M6P受体途径中运输的都是溶酶体的酶原(proemzyme)，经M6P受体分选的是没有催化活性的酶原，酶原的活化需要经过一系列的酶切、构型变化等成熟过程才能形成小分子的具有酶活性的蛋白。成熟过程可能发生在次级内体或者在溶酶体中，这样可避免溶酶体酶在传递过程中对细胞结构造成伤害。
由上可知，溶酶体酶的M6P分选途径有几个主要的特点：①M6P作为分选信号；②包埋在高尔基体中的受体能够被网格蛋白包装成分泌小泡；②出芽形成的溶酶体酶的运输小泡只同酸性的次级内体融合；④通过次级内体的分选作用使受体再循环。（图9）
图9 溶酶体酶运输小泡与次级内体的融合及次级内体的分选作用
4.1.3.影响M6P分选的因素
Brown 和Farquhar 发现用胺离子（NH4+）处理细胞能够干扰溶酶体的分选机制。当溶酶体中胺离子浓度升高时会使溶酶体中的pH升高，这样，溶酶体的酶就不能同M6P受体脱离，从而影响了M6P受体回到高尔基体再循环。其结果，由于高尔基体反面网络中M6P受体的不足，溶酶体的酶就会分泌到细胞外而不是
被包装到溶酶体分泌小泡。如果解除NH4+的作用，使M6P受体得以释放和再循环，溶酶体的分选恢复正常。（图10）
图10 综合了溶酶体酶的甘露糖6-磷酸分选途径和溶酶体形成的主要过程
4.2 溶酶体形成的非M6P途径
M6P途径是溶酶体酶分选的主要途径，但不是惟一的途径，溶酶体还可以通过非M6P依赖的途径进入溶酶体，但机理尚不清楚。
目前已知的属于非M6P途径进入溶酶体的酶还包括溶酶体膜中的糖蛋白以及作为溶酶体膜结合蛋白前体被合成的溶酶体酶(也是糖蛋白)。如酸性磷酸酶在合成时是以前体形式被合成的并且作为ER的整合蛋白结合在ER的膜中。这种膜结合的前体酶通过高尔基体被运入溶酶体，然后通过切割作为成熟的酸性磷酸酶被释放到溶酶体的腔中。另一个例子就是p—葡糖脑苦脂酶(p—glucocerebrosidedase)，此酶作为前体合成并结合在膜上，但是成熟后仍然结合在溶酶体的膜上。
指导膜结合蛋白从ER进入溶酶体的寻靶信号是一段特殊的氨基酸序列，这段序列位于跨膜蛋白的细胞质结构域。如果将酸性磷酸酶的细胞质结构域中的一个酪氨酸突变后，这种酶的前体就只能结合在ER的膜而不能进入溶酶体中。在其他的溶酶体酶中也发现类似的情况，说明酪氨酸是溶酶体酶寻靶信号的组成部分。
5 溶酶体的功能
5.1消化作用
5.1.1 异噬作用
溶酶体对细胞外源性物质的消化作用称为异噬作用。当携带外源性物质的内吞体或吞噬体与初级溶酶体融合后即由水解酶消化水解外源性物质，此时形成的次级溶酶体也称为消化泡或异体吞噬泡。消化过程中，许多无法被消化的物质陆续以残余颗粒的形式由膜包被从溶酶体上分离，形成残余小体，如脂褐质、含铁小体和髓样结构。有些残余小体能通过胞吐将残余物质排出胞外，有些则长期驻留于细胞中不被排出，如脂褐质。
细胞的异噬作用既可以消化外界物质获取营养，又可以消除异体物质进行机械防御，是细胞利用外源性物质和构成防御屏障的重要方式
5.1.2 自噬作用
溶酶体能够将细胞内因生理或病理原因而被破坏、损伤或衰老的细胞器通过形成自噬体，并被消化分解，溶酶体的这一功能称为自噬作用。如线粒体、内质网碎片等被初级溶酶体包裹，或者被来自光面内质网或高尔基体的膜包被，形成自噬体后与初级溶酶体融合形成次级溶酶体进行消化。有时溶酶体本身也可以相互吞噬，这种现象称为溶噬，用以降解过剩的溶酶体。
细胞通过自噬作用将衰老和变性的细胞结构消化成为可以重新利用的物质，用以构建新的细胞结构，并对细胞内结构的酶进行更新。有时细胞由于生理环境的改变出现细胞结构的代偿性增加，如对大鼠给予大量苯巴比妥时，其肝细胞内出现大量光面内质网。当生理环境恢复正常时，这些结构就成为过剩结构。这些过剩结构，如上述光面内质网，即可以通过白噬作用迅速清除，以恢复细胞结构和功能的平衡，并促进细胞内物质的循环利用。溶酶体的溶噬现象对保持溶酶体数量的相对稳定起调节作用。细胞在饥饿状态下通过溶酶体的自噬作用消化部分自身物质，可以维持细胞生存避免整个细胞死亡。在衰老和病理状态下，细胞也会发生自噬作用，这是一种病态反应。
5.1.3 分泌自噬
溶酶体对细胞内分泌颗粒的吞噬作用称为分泌自噬。在分泌细胞中，溶酶体可与—部分分泌颗粒融合，然后将这些分泌颗粒降解。如哺乳动物的母体中断哺乳时，乳腺细胞内的乳汁颗粒可以通过上述作用而重新利用。
5.2 自溶作用
若细胞内溶酶体破裂，消化酶释放到细胞质中将导致细胞本身被消化，这是细胞的自溶作用。
正常机体个体发育过程中，组织器官的形态发生通常是通过组织细胞的破坏和新生实现的，是由基因的特殊程序控制的，溶酶体在这——过程中起重要作用。例如蝌蚪变成蛙时尾部的消失，即是细胞自溶作用的结果。非正常生理条件下细胞内溶酶体膜破裂十分迅速。例如动物机体死亡后细胞溶酶体膜的破裂导致机体的迅速腐败。病理状态下，溶酶体膜破裂造成的细胞自溶作用也很常见。
5.3 胞外消化
溶酶体不仅在细胞内发挥作用，也可以通过向细胞外释放酶蛋白而消化细胞外物质。例如精子头部有一个被称为顶体的特化溶酶体。受精过程中，精子附着到卵子的外膜，由高尔基体形成的顶体，膜与精子细胞膜融合，释放顶体中的水解酶，消化卵子膜外的颗粒细胞，为精子顺利进入卵子，实现精卵结合，完成受精作用扫清障碍。另外，破骨细胞也是通过将溶酶体中的酶释放到胞外而产牛骨质溶解作用的。
6 溶酶体与疾病
溶酶体与细胞病理现象有密切关系。许多工作证明，溶酶体在细胞对损伤因素的反应中起着重要作用。对于这个问题有两种学说，一种学说认为，细胞经过
内吞作用，将一些外源性有害物质(如药物或毒素等)吞入细胞内，这些物质进入溶酶体后，可引起溶酶体膜破裂，因而和溶酶体内的酸性水解酶一起释放入细胞质中，分解了细胞内的各种成分，遂导致细胞损伤。这种损伤如果是暂时性的和可逆的，细胞还可以修复代偿；如果是严重的和不可逆的，将可能导致细胞死亡。另一种学说认为，有害因素以不同的方式直接作用于靶细胞结构成分，从而引起原发性损伤。例如缺氧主要引起线粒体损伤，马来酰胺酸(maleic hydrazide)可引起染色体损伤，而葡聚糖和Tr比on WR—1339(一种伤口洁净剂)被溶酶体吸收后则造成溶酶体负担过重，而导致原发性损伤。上述这些细胞器受损伤后能够形成自噬体，进而被溶酶体消化分解，如果受损伤的细胞器数目太多，使溶酶体超过负载称为过载(overload)可能造成溶酶体发生继发性损伤，即膜破裂释放出水解酶，引起细胞成分溶解，遂导致细胞死亡。上述这两种学说都认为导致细胞损伤或死亡的原因是直接或间接通过溶酶体起作用的。一旦溶酶体膜破裂，释放出来的酸性水解酶将会使得整个细胞消化溶解，这—过程称为细胞自溶作用(aut01ye 5s)，所以溶酶体又可称为“自杀性爱”。溶酶体的活动与多种病理现象有关。
6.1 溶酶体与炎症
现在已知炎症发生过程中若干环节和溶酶体有一定关系。有人从中性粒细胞的溶酶体中分离出一种蛋白质，可以导致某些组织细胞的组织胺外逸，同时也能抑制血液的凝固。有人也发现溶酶体可能有某种因子促进血液纤维蛋白分解酶原的活化，从而溶解纤维蛋白。溶酶体内的蛋白酶可能作用于激脓原使其转变为激肤，激肤则能吸引白细胞，这在炎症病理过程中有重要意义。从多形核白细胞溶酶体中还可分离得到吞噬素(phagocytln)、溶血素(hem01y8in)租内源性致热原(endogenou8pyrogen)等活性物质。这些活性物质与炎症的病理过程有密切关系。
6.2 溶酶体与类风湿关节炎
类风湿性关节炎病因尚未完全阐明。一般认为类风湿性关节炎发生时，滑膜组织的炎症变化和关节软骨的腐蚀现象是细胞溶酶体酶的局部释放所致。病毒、支原体等病原体持续感染时，刺激机体产生IgO型抗体， 这种抗体在病原体抗原影响下，转而具有抗原性质，刺激滑膜浆细胞产生类风湿因子(抗Ig0，l 9S)，这是二级抗体，它又能与更多的变性Ig0结合，形成22S免疫复合物。这种免疫复合物进一步导致新的抗体形成并激活血清补体系统。当22S复合物被巨噬细胞、中性粗细脑和滑膜衬附细胞等吞入后可激活溶晦体酶，遂导致溶酶体酶可能逸出膜外，甚至排出细胞外。某些溶酶体酶如胶原酶，能腐蚀软骨，使关节局部损害，且软骨消化的代谢产物硫酸软骨索又能导致激肤的产生而共同参与关节的炎症反应。
6.3 溶酶体和痛风
痛风是一种代谢性疾病，即由于新陈代谢异常而引起尿酸过多。在关节组织和滑液中常有过多尿酸钠结晶沉积。尿酸钠结晶可被多形核白细胞吞噬形成吞噬体，与初级溶酶体结合形成次级溶酶体。多形核白细胞的溶酶体内存有骨髓过氧化物酶，可使尿酸缓慢分解。但是由于尿酸钢结晶可影响溶酶体膜的完整性，遂导致膜破裂，溶酶体酶及其它生物活性物质释出，从而侵蚀关节软骨组织和产生炎症变化。有人用人造的“脂质体(1iposome)”进行实验证明，辜丸酮能加速尿
酸钢对溶酶体膜的破坏作用，而17犀—雌二醇可能对溶酶体膜有保护作用。
6.4 溶酶体与矽肺
矽肺的发生与溶酶体有关。 当用巨噬细脑与矽粉末在一起培养时， 矽粉颗粒被细胞吞入而出现在溶酶体中。矽酸分子上的经基可与溶酶体膜上相应受体形成氢键，使膜发生结构变化而破坏了膜的稳定性。一旦膜破裂，溶酶体酶即流入细胞质而引起自溶，最终导致细胞死亡。当把这些死亡的巨噬细胞加入到成纤维细胞的培养液中，能将产生结缔组织并形成纤维的小结。由此可以推知，矽肺的病因学与这个实验结果相似。由于肺吸入了矽尘，矽粉末即被肺泡巨噬细胞吞噬而积聚在溶酶体内，矽酸又将溶酶体膜破坏，致使酶流入细胞质中，从而引起细胞死亡。继而矽尘颗粒又可以从死亡细胞中释放出来，再被正常的巨噬细胞吞噬，此后又得到同样的结局(图4—4)。如此不断反复，巨噬细胞相继死亡，刺激成纤维细胞分泌大量胶原，遂导致肺部纤维化。临床上使用克矽平类药物(聚2—乙烯毗院氧化合物)来抑制矽肺病程，就是因为这类药物可进入溶酶体内，其氧原子与矽酸分子上的经基结合形成氢键，使矽酸不能与溶酶体膜作用，从而对溶酶体膜起保护作用。（图4-4）
6.5 各类贮积症
贮积症（storage disease）是由于遗传缺陷引起的，由于溶酶体的酶发生变异，功能丧失，导致底物在溶酶体中大量贮积，进而影响细胞功能，常见的贮积症主要有以下几类。
台-萨氏综合征（Tay-Sachs diesease）：要叫黑蒙性家族痴呆症，溶酶体缺少氨基已糖酯酶A（β-N-hexosaminidase），导致神经节甘脂GM2积累（图6-30），影响细胞功能，造成精神痴呆，2~6岁死亡。患者表现为渐进性失明、病呆和瘫痪，该病主要出现在犹太人群中。
II型糖原累积病（Pompe病）：溶酶体缺乏α-1,4-葡萄糖苷酶，糖原在溶酶体中积累，导致心、肝、舌肿大和骨骼肌无力。属常染色体缺陷性遗传病，患者多为小孩，常在两周岁以前死亡。
Gaucher病：又称脑苷脂沉积病,是巨噬细胞和脑神经细胞的溶酶体缺乏β-
葡萄糖苷酶造成的。大量的葡萄糖脑苷脂沉积在这些细胞溶酶体内,巨噬细胞变成Gaucher 细胞，患者的肝、脾、淋巴结等肿大，中枢神经系统发生退行性变化，常在1 岁内死亡。
细胞内含物病（inclusion-cell disease，I-cell disease）：一种更严重的贮积症，是N-乙酰葡糖胺磷酸转移酶单基因突变引起的。由于基因突变，高尔基体中加工的溶酶体前酶上不能形成M6P分选信号，酶被运出细胞（default pathway）。这类病人成纤维细胞的溶酶体中没有水解酶，导致底物在溶酶体中大量贮积，形成所谓的“包涵体（inclusion）”。另外这类病人肝细胞中有正常的溶酶体，说明溶酶体形成还具有M6P之外的途径。
6.6 溶酶体与遗传性疾病
溶酶体与遗传性疾病(hereditary disease)，主要是指由于机体先天性缺乏某种溶酶体蛋白而引起的疾病。这种蛋白质主要是酶，绝大部分为酸性水解酶，亦可能是结构蛋白。其病理表现主要为器官组织内广泛的溶酶体过载。称为溶酶体蓄积病(1ysosome storage disease)，肝脏、脾脏、胰腺、大脑是主要的受累部位。近几年对该病的研究也较多，目前已知此类疾病已不下40种，大都累及中枢神经系统。正常情况下，糖原(g1ycogen)在溶酶体中被一种酸性麦芽糖酶分解为麦芽糖，然后再分解成葡萄糖。在先天性溶酶体病(inbrn1ysosomal disease)患者，如x型糖原累积病(glycogen storage disease) ，就是由于患者的溶酶体缺少o一葡萄糖苔酶(o—glucosidase)，以致溶酶体没有能力分解糖原，造成过剩的糖原在次级溶酶体内大量累积。但是，与溶酶体相反，胞质里却没有糖原。又如动脉平滑肌细胞溶酶体中的胆固酵酯酶(cho1estero1e sterase)不足， 可能与胆团醇酯(ckolesterolester)在动脉管壁的积累有关。