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自噬與急性胰腺炎研究現(xiàn)況

余巧 韓超群 丁霏霏 丁震

急性胰腺炎(AP)是胰酶異常激活的“自身消化”性炎性疾病，死亡率為4%～15%，在重癥患者中高達(dá)15%～90%[1]。胰酶在胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)的激活一直被認(rèn)為是AP發(fā)病早期的主要病理事件，但AP的發(fā)病機(jī)制目前尚不清楚。正常情況下，自噬能夠保護(hù)機(jī)體抵御感染、老化、腫瘤等各種病理狀態(tài)，是真核細(xì)胞長期存活所必需的。在某些情況下，自噬受損或被過度激活，其功能發(fā)生改變導(dǎo)致疾病的發(fā)生[2]。目前已有研究證實(shí)自噬參與AP的發(fā)生、發(fā)展過程[3]，然而具體作用機(jī)制仍不明確。本文就自噬與AP研究新進(jìn)展做一綜述。

一、自噬過程

蛋白質(zhì)降解主要依賴兩種方式：泛素-蛋白酶體系統(tǒng)和自噬，前者主要負(fù)責(zé)降解短壽命蛋白質(zhì)，而后者主要降解長壽命蛋白質(zhì)和細(xì)胞器等成分[4]。自噬是通過溶酶體來降解細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)和一些受損細(xì)胞器等的過程。自噬分為大自噬、小自噬、分子伴侶介導(dǎo)的自噬，目前認(rèn)為大自噬(即一般所說的自噬)與人類疾病關(guān)系最為密切。自噬過程首先是形成吞噬細(xì)胞內(nèi)待降解物的杯型單層膜，然后頭端封閉形成雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬體，其外層膜再與溶酶體融合形成自噬溶酶體，最后通過溶酶體內(nèi)的各種水解酶降解自噬溶酶體內(nèi)的待降解物質(zhì)。參與調(diào)節(jié)自噬過程的相關(guān)基因統(tǒng)一稱為Atg(autophagy-related gene)，Atg12-Atg5-Atg16L復(fù)合物定位于自噬體膜上，是自噬形成的關(guān)鍵物質(zhì)[5-6]。自噬有許多正、負(fù)調(diào)節(jié)因子，例如：酵母Atg6的同系物(beclin1)可與Ⅲ型磷脂酰肌醇3-激酶(Class Ⅲ PI3K) 形成復(fù)合物而激發(fā)自噬；自噬體膜上的自噬相關(guān)標(biāo)志物微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)與自噬泡形成量成正相關(guān)[7-8]。TOR(target of rapamycin)能與配體形成TORC1(TOR complex 1)并通過磷酸化Atg13和ULK1(UNC-51 like kinase 1)、ULK2而抑制自噬[9-10]。再有研究表明，Rab7和溶酶體膜蛋白LAMP-2可能是自噬體膜與溶酶體膜融合必需的調(diào)控因子[11-12]。所以自噬是多種因子參與的過程，任何環(huán)節(jié)的調(diào)控受損都可以引起自噬過程受阻。

二、自噬與炎癥反應(yīng)

AP常常伴隨著局部或系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)。雖然腺泡細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶原提前異常激活是AP的關(guān)鍵起始因子，并進(jìn)一步導(dǎo)致“胰腺自身消化”，但胰蛋白酶原激活這一因素還不足以完全引起胰腺炎及其并發(fā)癥。

在AP 中，胰腺受損的細(xì)胞會(huì)釋放多種炎癥趨化因子，進(jìn)而趨化炎性細(xì)胞浸潤[13]。正常自噬可通過抑制炎癥小體(inflammasome)從而抑制炎癥反應(yīng)[14]。在AP發(fā)病過程中，炎癥遞質(zhì)的上調(diào)扮演著重要角色，IL-1β能夠增加腺泡細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力引起高鈣血癥，通過誘導(dǎo)受損自噬來促進(jìn)胰蛋白酶原激活和降低胰腺腺泡細(xì)胞活力[15-16]。還有研究發(fā)現(xiàn)，脂多糖(LPS)處理缺乏Atg16L的小鼠，其血清IL-1β 和 IL-18水平升高[17]，證明AP中炎癥因子的上調(diào)可能與受損自噬相關(guān)。

胰腺炎中NF-κB信號(hào)通路被激活后，可促使機(jī)體釋放炎癥趨化因子以及炎癥因子TNF-α等，TNF-α又可以誘導(dǎo)胰蛋白酶原過早激活及腺泡細(xì)胞壞死，而激活的胰蛋白酶原可能進(jìn)一步激活NF-κB信號(hào)通路，加重AP[18]。細(xì)胞內(nèi)受損自噬底物p62/SQMTS1的聚集可促使依賴p62的NF-κB信號(hào)通路激活，但抑制NF-κB信號(hào)通路可減少急性壞死性胰腺炎(acute necrotizing pancreatitis,ANP)中LC3-Ⅱ和beclin 1的表達(dá)[19]。IκB激酶復(fù)合物(IKKs)是NF-κB信號(hào)通路的主要調(diào)節(jié)者，敲除IKK基因能夠誘導(dǎo)AP的發(fā)生[20]。而有報(bào)道認(rèn)為酶原激活與NF-κB信號(hào)通路可能是AP早期階段兩個(gè)獨(dú)立事件，胰蛋白酶原可能無法激活NF-κB[21]。

在AP的早期階段，氧化應(yīng)激也發(fā)揮著重要作用?；钚匝躅?reactive oxygen species, ROS)能夠促進(jìn)胰腺腺泡細(xì)胞線粒體內(nèi)細(xì)胞色素c的釋放，從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡[16,22]。損傷的線粒體可被自噬途徑降解，從而減輕細(xì)胞凋亡和壞死[11]。AP時(shí)，損傷的線粒體殘留，導(dǎo)致ROS增加、炎癥小體激活以及炎癥小體降解不徹底等。此外，受損自噬可通過調(diào)節(jié)炎癥小體依賴反應(yīng)和炎癥因子IL-1β和 IL-18的分泌來調(diào)控炎癥反應(yīng)[15,23-24]。正常自噬抑制炎癥反應(yīng)，受損自噬可通過促進(jìn)炎癥反應(yīng)促使疾病發(fā)展，通過抑制自噬受損或減少自噬的過度激活可調(diào)控AP發(fā)展，甚至可能阻止AP中SIRS、MODS的發(fā)生。

三、自噬與胰蛋白酶原激活

AP患者腺泡細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶原的激活一直被認(rèn)為是AP的始動(dòng)因素[25]。在AP模型中觀察到早期損傷的胰腺腺泡細(xì)胞空泡內(nèi)出現(xiàn)消化酶與溶酶體水解酶的共區(qū)域化，并證實(shí)溶酶體內(nèi)的水解酶可激活胰蛋白酶原[26]。近年來，新的理論認(rèn)為自噬可誘發(fā)或促進(jìn)AP，尤其是通過激活細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶原從而增加蛋白質(zhì)降解，并進(jìn)一步激活新的胰酶[3,21]。雨蛙素處理Atg5基因敲除小鼠后，AP病情嚴(yán)重程度減輕，腺泡內(nèi)激活的胰蛋白酶原水平也下降，說明自噬可能通過激活胰蛋白酶原而在AP中發(fā)揮有害作用[27]。在不同的AP模型中，AP早期胰腺腺泡細(xì)胞內(nèi)都可出現(xiàn)包含消化酶和溶酶體酶的液泡，這種液泡具有雙層膜結(jié)構(gòu)、LC3-Ⅱ標(biāo)記陽性等多種自噬泡特征，這與AP早期非正常合成新的消化酶及溶酶體酶現(xiàn)象相符[8,28]。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)，在雨蛙素誘導(dǎo)的AP模型中，可能存在兩種不同的機(jī)制來介導(dǎo)胰蛋白酶原的激活，初期主要是由于雨蛙素促進(jìn)溶酶體內(nèi)組織蛋白酶B(cathepsin B，CTSB)前體的成熟，進(jìn)而引起胰蛋白酶原向胰蛋白酶的轉(zhuǎn)變；后一階段，細(xì)胞內(nèi)逐步形成包含有酶原顆粒的雙層膜液泡，即自噬占主導(dǎo)作用[29]。同時(shí)，Hashimoto等[30]認(rèn)為腺泡細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶原可能是在自噬溶酶體內(nèi)被CTSB水解為胰蛋白酶。然而，Wartmann等[31]研究發(fā)現(xiàn)，溶酶體內(nèi)的組織蛋白酶L(cathepsin L，CTSL)可使胰蛋白酶原失活，并能夠拮抗CTSB的功能。

綜上研究認(rèn)為，AP中受損自噬可促進(jìn)胰蛋白酶原激活，主要是通過自噬溶酶體內(nèi)的相關(guān)組織蛋白酶失調(diào)介導(dǎo)。AP過程中，溶酶體內(nèi)的CTSB增多，促進(jìn)胰蛋白酶原激活；CTSL減少及活性減弱導(dǎo)致自噬泡中胰蛋白酶原及胰蛋白酶降解受限，二者共同作用，導(dǎo)致胰蛋白酶原激活、胰蛋白酶聚集增多。

四、受損自噬與溶酶體功能障礙

自噬是溶酶體源性降解途徑，多數(shù)研究認(rèn)為自噬在AP過程中被激活但受損， AP發(fā)病早期出現(xiàn)的溶酶體功能障礙也被普遍接受，并認(rèn)為AP中自噬受損可能與溶酶體功能障礙有關(guān)。mTORC1可負(fù)性調(diào)節(jié)自噬，而功能缺陷的溶酶體可通過抑制mTORC1活性而誘發(fā)自噬[32]。另有研究發(fā)現(xiàn)，mTORC1可能被由溶酶體內(nèi)流入細(xì)胞質(zhì)中的氨基酸激活，但溶酶體上具體氨基酸傳感器尚不確定，迄今為止發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)下游靶點(diǎn)是液泡型三磷酸腺苷酶H+-ATPase(V-ATPase)，V-ATPase可通過增強(qiáng)GEF調(diào)節(jié)子的活性而激活Rag GTPases[33]。據(jù)此推測，涉及溶酶體Rag GTPases的某種氨基酸敏感途徑可調(diào)節(jié)mTORC1，進(jìn)而調(diào)節(jié)自噬過程[34]。

溶酶體相關(guān)膜蛋白(lysosome-associated membrane proteins, LAMPs)是一種高度糖基化的跨膜蛋白，維持溶酶體結(jié)構(gòu)完整性及正常降解功能，在溶酶體內(nèi)膜上形成保護(hù)性的被膜，使溶酶體內(nèi)水解酶與細(xì)胞內(nèi)其他物質(zhì)及代謝途徑相隔離，從而保護(hù)溶酶體膜及細(xì)胞質(zhì)內(nèi)其他物質(zhì)不被水解[35]。在AP中溶酶體功能出現(xiàn)以下幾種障礙：其一，溶酶體內(nèi)組織蛋白酶的加工處理異常，即組織蛋白酶雙鏈形式的成熟結(jié)構(gòu)減少，未成熟結(jié)構(gòu)聚集增多；其二，AP模型中，CTSB與CTSL激活及活性失調(diào)；其三，LAMP-1和LAMP-2顯著減少，AP中組織蛋白酶的作用及其在溶酶體內(nèi)的位置發(fā)生改變使得LAMP易于被降解[36]。

五、結(jié)語

綜上所述，自噬是正常細(xì)胞的防御機(jī)制，而受損自噬則參與AP發(fā)生和發(fā)展，其可激活胰蛋白酶原，調(diào)節(jié)AP炎癥反應(yīng)，并與溶酶體功能障礙密切相關(guān)。AP目前仍是一種機(jī)制復(fù)雜、發(fā)病兇險(xiǎn)、死亡率高的臨床急癥，臨床治療手段還未能完全阻止重癥AP的發(fā)生、發(fā)展。因此，需要進(jìn)一步明確AP中溶酶體功能障礙介導(dǎo)的自噬受損、受損自噬調(diào)節(jié)胰蛋白酶原激活及炎癥反應(yīng)潛在的機(jī)制，并嘗試通過改善溶酶體功能、抑制自噬受損等手段制定出新的高效AP治療策略。

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(本文編輯：屠振興)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2016.05.016

430022 武漢，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院消化內(nèi)科

丁震，Email：docd720@126.com

2015-10-14)