何賢輝， 何 健， 歐陽(yáng)東云

(暨南大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院組織移植與免疫研究中心，免疫生物學(xué)系，廣東廣州510632)

細(xì)胞自噬(autophagy)是真核生物普遍存在的自穩(wěn)機(jī)制，在胚胎發(fā)育、細(xì)胞自我保護(hù)和生存等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［1－2］。細(xì)胞在應(yīng)激情況下，啟動(dòng)細(xì)胞自噬通路，清除細(xì)胞內(nèi)受損的蛋白質(zhì)、細(xì)胞器或入侵的病原體，通過溶酶體途徑進(jìn)行降解并回收利用降解產(chǎn)物以應(yīng)對(duì)不利環(huán)境。根據(jù)被降解物傳送至溶酶體方式的不同，將細(xì)胞自噬分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬，這里介紹的細(xì)胞自噬為巨自噬［2］。值得注意的是，細(xì)胞自噬與炎癥反應(yīng)之間存在密切聯(lián)系［1］。炎癥是微生物病原體感染或組織損傷所激活的機(jī)體保護(hù)性反應(yīng)，引起中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞等免疫細(xì)胞聚集至損傷處。炎癥反應(yīng)的引發(fā)主要通過固有免疫系統(tǒng)利用胚系基因編碼的產(chǎn)物—模式識(shí)別受體(pattern recognition receptor，PRR)，識(shí)別病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern，PAMP)或損傷相關(guān)分子模式。細(xì)胞通過Toll樣受體(toll-like receptor，TLR)和核苷酸寡聚化結(jié)構(gòu)域NOD樣受體(nucleotide oligomerization domain-like receptor，NLR)識(shí)別外源性或內(nèi)源性的配體，導(dǎo)致受體活化，繼而引起多蛋白的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，分泌促炎因子，激活適應(yīng)性免疫應(yīng)答。近年來的研究顯示，多種TLR的配體PAMP在誘發(fā)炎癥反應(yīng)的同時(shí)，能夠誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的發(fā)生，而細(xì)胞自噬對(duì)TLR信號(hào)和炎癥反應(yīng)有明顯的負(fù)向調(diào)控作用，細(xì)胞自噬的缺陷或自噬相關(guān)蛋白的變異與炎癥性疾病的發(fā)生有密切關(guān)聯(lián)［1－2］。本文簡(jiǎn)要介紹細(xì)胞自噬與炎癥反應(yīng)關(guān)聯(lián)作用的研究進(jìn)展，并以克隆氏病(Crohn's disease)為例，說明細(xì)胞自噬在炎癥性疾病中的作用，為深入研究細(xì)胞自噬調(diào)控炎癥反應(yīng)的機(jī)制提供參考。

1 TLR信號(hào)對(duì)細(xì)胞自噬的調(diào)控作用

調(diào)控炎癥過程的信號(hào)通路能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，反之亦然。除了饑餓和能量耗竭等經(jīng)典信號(hào)之外，多個(gè)PAMP分子也能通過TLR而激活細(xì)胞自噬［1－3］。TLR 信號(hào)可能通過連接蛋白 MyD88 或TRIF的活化激活細(xì)胞自噬過程。Xu等［4］于2007年首先報(bào)道，PAMP分子脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)刺激TLR4引起VPS34依賴的胞漿LC3的聚集(自噬小體形成的標(biāo)志)，從而增強(qiáng)巨噬細(xì)胞清除被吞噬的分支桿菌;此過程中，LC3聚集的形成需要TRIF而非MyD88，同時(shí)募集RIP1和p38。TLR9的配體細(xì)菌CpG基序，能夠誘導(dǎo)人類和鼠類腫瘤細(xì)胞發(fā)生自噬［5］。Delgado等［3］利用 LC3 點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)的形成為指標(biāo)篩查顯示，兩個(gè)TLR7的模型配體單鏈RNA和咪喹莫特是相對(duì)較強(qiáng)的自噬誘導(dǎo)因子，結(jié)合配體的TLR7誘導(dǎo)依賴于MyD88的細(xì)胞自噬，促進(jìn)BCG桿菌的自噬性清除。Shi等［6］揭示TLR激活的細(xì)胞自噬受MyD88或TRIF與Beclin-1相互作用所調(diào)控，TLR與配體的結(jié)合誘導(dǎo)這種相互作用，因而降低了Bcl-2與Beclin-1的結(jié)合，解除Bcl-2對(duì)Beclin-1的抑制，促進(jìn)自噬的發(fā)生。雖然mTOR是細(xì)胞自噬的主要調(diào)控蛋白，但它在TLR誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬中的作用尚不清楚［2］?？傊琓LR誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的確切機(jī)制仍然需要深入研究闡明。

2 細(xì)胞自噬對(duì)TLR信號(hào)和炎癥的調(diào)控作用

PAMP分子通過TLR等受體誘發(fā)細(xì)胞發(fā)生自噬，而細(xì)胞自噬反過來調(diào)控TLR信號(hào)和炎癥反應(yīng)。現(xiàn)有的研究表明，細(xì)胞自噬及其相關(guān)蛋白往往對(duì)于TLR信號(hào)和炎癥反應(yīng)具有明顯的負(fù)調(diào)控作用［1］。最近的觀察揭示，自噬相關(guān)蛋白與巨噬細(xì)胞的炎癥小體相關(guān)的促炎因子的成熟有關(guān)［7］。炎癥小體是胞漿多蛋白復(fù)合體，屬于一類新的炎癥信號(hào)通路，控制多種炎癥因子如白細(xì)胞介素(interleukin，IL)IL-1β、IL-18和 IL-33 等的成熟和分泌［8］。胞漿 NLR家族的成員(如NLRP3和NLRP1)與連接蛋白相互作用形成炎癥小體復(fù)合物。在野生型巨噬細(xì)胞內(nèi)，TLR的激動(dòng)劑LPS，不能誘導(dǎo)炎癥小體的激活和分泌產(chǎn)生 IL-1β。當(dāng)自噬調(diào)控基因 ATG16L1［9］或者ATG7被刪除時(shí)，或是應(yīng)用化學(xué)抑制劑抑制細(xì)胞自噬，LPS依賴的炎癥小體被激活，說明自噬能調(diào)控炎癥小體的激活并且限制炎癥細(xì)胞因子IL-1β和IL-18 的產(chǎn)生［7，9］。

迄今為止，細(xì)胞自噬抑制炎癥小體的機(jī)制還不甚清楚。一種解釋是炎癥小體可能通過細(xì)胞自噬而被直接降解;另一更有可能的解釋是，細(xì)胞自噬會(huì)下調(diào)ROS的產(chǎn)生，進(jìn)而抑制炎癥小體［10］。在自噬相關(guān)基因如ATG5、ATG7、ATG12和ATG16L1缺失的細(xì)胞中，細(xì)胞自噬不能正常進(jìn)行，這導(dǎo)致線粒體的不正常積聚，造成ROS的釋放增多。ROS能夠被固有免疫細(xì)胞內(nèi)的炎癥小體識(shí)別，釋放促炎因子，引起炎癥反應(yīng)［8］。細(xì)胞自噬可以減少線粒體的聚集和清除泄漏的線粒體和過氧化物酶體，以此對(duì)胞內(nèi)ROS起到負(fù)調(diào)控作用。說明ROS激活自噬可能是一個(gè)負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制。

此外，細(xì)胞自噬還能通過促進(jìn)凋亡細(xì)胞的清除而弱化炎癥反應(yīng)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)胞凋亡階段，細(xì)胞自噬也是會(huì)被激活的。當(dāng)發(fā)育進(jìn)程中需要清除大量細(xì)胞時(shí)，細(xì)胞凋亡被頻繁地激活。這樣的細(xì)胞自噬在凋亡細(xì)胞清除的作用中具有重要意義［11］。假如缺失或者抑制這些細(xì)胞自噬，凋亡細(xì)胞的清除就會(huì)不足，會(huì)導(dǎo)致死亡細(xì)胞發(fā)生次級(jí)壞死［12］。壞死的細(xì)胞與凋亡細(xì)胞不同，是炎癥反應(yīng)的強(qiáng)力誘導(dǎo)因素。所以，細(xì)胞自噬的激活通過阻止次級(jí)壞死的發(fā)生而下調(diào)炎癥反應(yīng)。

3 細(xì)胞自噬在機(jī)體抗感染中的作用

來源于病原體的PAMP通過TLR等受體誘導(dǎo)細(xì)胞自噬的現(xiàn)象，激發(fā)人們探索細(xì)胞自噬在抗感染免疫中的作用。研究顯示，細(xì)胞自噬通路以及自噬相關(guān)蛋白在多細(xì)胞生物抵抗病毒、細(xì)菌和原生動(dòng)物感染中發(fā)揮重要作用［2］。在果蠅中，自噬相關(guān)基因的突變?cè)黾悠鋵?duì)病毒和細(xì)菌感染的敏感性［13］。通過篩選果蠅的9種Toll分子的研究顯示，依賴于Toll-7的細(xì)胞自噬是果蠅抗水皰性口炎病毒(vesicular stomatitis virus，VSV)所必需，Toll-7沉默的果蠅不能抵抗非致死性VSV的感染;而VSV在細(xì)胞表面與Toll-7發(fā)生作用誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，不依賴于經(jīng)典的信號(hào)通路［14］。同樣，ATG5缺失的巨噬細(xì)胞和鼠胚胎成纖維細(xì)胞應(yīng)對(duì)單鏈RNA病毒感染而產(chǎn)生的I型干擾素增加［10］。針對(duì)感染的干擾素的放大作用，可歸因于因自噬過程受損而致的線粒體質(zhì)控缺位及線粒體ROS產(chǎn)生增強(qiáng)［10］。另一方面，病毒通過抑制細(xì)胞自噬而降低細(xì)胞的抗性，如mTOR的激活和細(xì)胞自噬的抑制在人乳頭瘤病毒16感染角質(zhì)細(xì)胞的早期階段發(fā)揮關(guān)鍵作用［15］;Ⅰ型單純皰疹病毒通過其Us11蛋白與蛋白激酶PKR相互作用抑制細(xì)胞自噬［16］。然而，自噬相關(guān)蛋白介導(dǎo)的體內(nèi)抗感染效應(yīng)的確切機(jī)制尚不夠清楚。

4 細(xì)胞自噬在炎癥性疾病中的作用

細(xì)胞自噬在炎癥性疾病中的作用研究較多，以克隆氏病為例，介紹細(xì)胞自噬與炎癥性疾病的關(guān)系?？寺∈喜∈且环N慢性炎癥性腸炎，其特點(diǎn)是小腸上皮中出現(xiàn)炎癥、潰瘍及粒細(xì)胞進(jìn)入，其發(fā)病機(jī)制尚不清楚，但可能與過度的炎癥反應(yīng)、Paneth細(xì)胞顆粒分泌異常以及胞內(nèi)細(xì)菌清除受損相關(guān)［17］。最新的研究提示細(xì)胞自噬與克隆氏病存在關(guān)聯(lián)［18］。人類全基因組關(guān)聯(lián)研究揭示，自噬相關(guān)基因(如ATG16L1)和其他已知影響自噬過程的基因中的微小單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn)，與克隆氏病的易感性有相關(guān)性［19－22］。首先發(fā)現(xiàn)的是，自噬相關(guān)的ATG16L1基因存在一個(gè)T300A的變異體，為克隆氏病相關(guān)危險(xiǎn)因子［20］。ATG16L1在自噬小體形成中發(fā)揮關(guān)鍵作用，遺傳刪除ATG16L1能損害自噬小體的形成以及蛋白通過自噬途徑的清除，而且還導(dǎo)致TLR激動(dòng)劑誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞促炎因子分泌的增強(qiáng)［9］，葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎加重［9，23］，以及 Paneth細(xì)胞炎癥基因轉(zhuǎn)錄譜的改變［23－24］。小鼠ATG16L1基因突變導(dǎo)致與克隆氏病的病理相似的異常［2］。從攜帶克隆氏病相關(guān)的ATG16L1(T300A)危險(xiǎn)變異體病人中分離的樹突狀細(xì)胞，其提呈細(xì)菌抗原至CD4+T細(xì)胞的途徑存在缺陷［25］。

然而，目前仍然不清楚T300A突變?nèi)绾斡绊懖溉閯?dòng)物ATG16L1蛋白的功能。我們發(fā)現(xiàn)存在T300A突變的前列腺癌LNCaP細(xì)胞其細(xì)胞自噬的通路是完整的［26］，提示T300A突變并不會(huì)明顯影響經(jīng)典的自噬通路。ATG16L1的T300A突變位于羧基端的WD重復(fù)結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域在酵母ATG16中不存在，而且不是自噬所必需［2］。盡管有些研究提示，ATG16L1(T300A)突變體能降低某些腸道病原菌經(jīng)自噬途徑清除，然而ATG16L1(T300A)危險(xiǎn)變異體與保護(hù)性ATG16L1等位基因之間是否存在穩(wěn)定性或抗菌自噬活性的差異，仍然有爭(zhēng)議［2］。進(jìn)一步的研究需要闡明T300A突變的ATG16L1蛋白的功能，從而了解ATG16L1(T300A)危險(xiǎn)突變體蛋白在克隆氏病的病理進(jìn)程中的作用。

5 結(jié)語

細(xì)胞自噬對(duì)炎癥反應(yīng)有重要的調(diào)控作用，而炎癥反應(yīng)也能影響細(xì)胞自噬。細(xì)胞自噬不僅影響感染性疾病的緩解和炎癥性疾病的病理過程，而且在無細(xì)菌感染的組織損傷誘發(fā)的炎癥反應(yīng)中也能發(fā)揮抗炎效應(yīng)。雖然細(xì)胞自噬與炎癥反應(yīng)的相互作用的現(xiàn)象及部分通路已有初步了解，但涉及的更為具體的信號(hào)通路尚不清楚。未來將基因組和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究策略應(yīng)用于細(xì)胞自噬和炎癥的研究［2］，有助于深入了解細(xì)胞自噬在炎癥和免疫應(yīng)答中的作用機(jī)制，可望開辟操縱細(xì)胞自噬治療炎癥性疾病的新途徑。

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