胡明智，楊國安，孫曉林△

細胞外囊泡（extracellular vesicles，EVs）是由原核生物、真核生物細胞釋放的膜性小囊泡，根據(jù)分子大小及分泌方式的不同可將細胞外囊泡分為外泌體、膜微粒及凋亡小體3種類型。其中,外泌體攜帶多種蛋白質(zhì)、脂類和RNA等生物活性物質(zhì)，在細胞間信號傳遞中起到重要作用，并廣泛參與細胞凋亡、炎癥反應、免疫調(diào)節(jié)等多種病理生理過程［1-2］。自噬是細胞內(nèi)廣泛存在的一種降解機制，其可通過溶酶體途徑清除細胞內(nèi)受損的蛋白質(zhì)和細胞器，維持細胞穩(wěn)態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，外泌體的生成與自噬之間有著共同的分子機制，兩者存在實質(zhì)性的交互通信。外泌體可通過調(diào)控自噬參與心肌缺血再灌注損傷［3］、糖尿病腎病［4］、骨關(guān)節(jié)炎［5］等多種疾病的發(fā)生發(fā)展，外泌體與自噬之間的關(guān)系已成為目前的研究熱點［6］。本文就外泌體與自噬的關(guān)系及其參與的信號通路作一綜述，為其臨床研究及應用提供參考。

1 外泌體的概述

外泌體由多泡體的腔膜衍生而來，為直徑30～100 nm的囊泡樣結(jié)構(gòu)，由磷脂雙分子層包裹，當多泡體與細胞膜融合時，釋放到細胞外環(huán)境。外泌體包含豐富的蛋白質(zhì)，如黏附分子、膜轉(zhuǎn)運分子、細胞骨架分子、熱休克蛋白、信號轉(zhuǎn)導蛋白、趨化因子、蛋白酶和細胞特異性抗原等［7］。外泌體中CD9、CD81、CD63等跨膜蛋白以及熱休克蛋白70（heat shock proteins 70，HSP70）均存在高表達［8］。此外，外泌體還包含mRNA、miRNA、長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，LncRNA）等攜帶遺傳信息的相關(guān)物質(zhì)。外泌體富含膽固醇和鞘磷脂，可以通過受體或非受體介導的內(nèi)吞作用來調(diào)節(jié)靶細胞的穩(wěn)態(tài)［9］。多數(shù)類型的細胞都會釋放外泌體，外泌體可存在于血漿、母乳、唾液、尿液等體液中。總之，外泌體可以通過在細胞間傳遞其包含的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或核酸，參與細胞凋亡、纖維化、炎癥免疫反應以及自噬等病理生理過程［7］。

2 自噬的概述

1962年，Ashford等［10］在研究溶酶體內(nèi)部物質(zhì)時發(fā)現(xiàn)了自噬現(xiàn)象。自噬是細胞在缺氧及營養(yǎng)缺乏等環(huán)境下，通過自我吞噬可溶性物質(zhì)或細胞器，將其傳遞到溶酶體進行降解，以維持細胞生命活動的過程［11］。自噬在維持機體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。目前自噬已成為細胞生物學研究中頗受關(guān)注的領(lǐng)域之一。自噬異?？梢哉T導腫瘤［12］、自身免疫性疾?。?3］、神經(jīng)退行性疾?。?4］、炎癥［15］、肝纖維化［16］以及缺血再灌注損傷［17］等多種疾病的發(fā)生發(fā)展。細胞自噬依據(jù)底物進入溶酶體方式的不同可分為微自噬、巨自噬和分子伴侶介導的自噬。微自噬是指溶酶體直接吞噬細胞質(zhì)成分的過程［18］。巨自噬是指自噬體與溶酶體融合形成自噬溶酶體，將其所包含的受損細胞器等細胞內(nèi)容物降解的過程［19］。分子伴侶介導的自噬不同于其他兩種自噬，是指經(jīng)分子伴侶選擇的胞質(zhì)蛋白靶向運送至溶酶體表面，穿過溶酶體膜在溶酶體內(nèi)被降解的過程［20］。自噬相關(guān)基因（autophagy related gene，ATG）、自噬相關(guān)蛋白Beclin-1和微管相關(guān)蛋白輕鏈3-Ⅱ（microtubuleassociated protein light chain 3-Ⅱ，LC3-Ⅱ）等在自噬過程中發(fā)揮調(diào)控作用［21］。

3 外泌體調(diào)控自噬的作用

研究表明，外泌體中包含的miRNA與自噬調(diào)控密切相關(guān)，如 miR-181-5p［22］、miR-30d-5p［23］、miR-221/222［24］等。Cai等［25］在研究輻射誘導的旁觀者效應中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)X線照射的星形膠質(zhì)細胞可以提取出含有大量miR-7的外泌體，這些富含miR-7的外泌體通過靶向抑制抗凋亡蛋白Bcl-2的表達，促進肺組織細胞的自噬。間充質(zhì)干細胞來源的外泌體在調(diào)控自噬方面的研究也相繼被報道。Wu等［5］研究發(fā)現(xiàn)，髕下脂肪間充質(zhì)干細胞來源的外泌體中富含miR-100-5p，miR-100-5p通過抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的激活，誘導小鼠軟骨細胞的自噬，從而維持關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，改善骨關(guān)節(jié)炎小鼠的步態(tài)異常。Jin等［4］在研究脂肪間充質(zhì)干細胞來源的外泌體（adipose derived stem cells-exosome，ADSCs-Exo）對糖尿病腎病的治療作用中發(fā)現(xiàn)，ADSCs-Exo的miR-486通過靶向抑制糖尿病腎病小鼠足細胞中細胞信號轉(zhuǎn)導分子（Smad）1的表達，從而抑制mTOR的激活，促進自噬，減輕糖尿病腎病小鼠的足細胞損傷。Ebrahim等［26］研究發(fā)現(xiàn)，骨髓間充質(zhì)干細胞來源的外泌體可以通過調(diào)節(jié)mTOR信號通路誘導自噬，使自噬標志蛋白LC3和Beclin-1的表達水平顯著提高，腎組織中mTOR和纖維化標志物轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β1以及纖維蛋白的表達水平顯著降低，這一研究也說明外泌體可以改善糖尿病腎病大鼠的腎組織損傷。以上研究均提示外泌體可通過傳遞特定的miRNA調(diào)控靶細胞自噬，進而在多種生理病理過程中發(fā)揮其重要作用。

4 外泌體調(diào)控自噬的相關(guān)信號通路

4.1 mTOR信號通路 mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，即為雷帕霉素（Rapamycin）的靶蛋白，包括mTORC1和mTORC2兩種形式的復合體。mTOR被認為是自噬的中心“看門人”，能夠整合3種信號：（1）營養(yǎng)信號，如生長因子或氨基酸。（2）能量信號，如細胞內(nèi)的腺苷一磷酸（AMP）/腺苷三磷酸（ATP）比率。（3）應激信號，如缺氧或DNA損傷等。目前對mTORC1的研究報道較多，在營養(yǎng)豐富的條件下，mTORC1與ULK1-ATG13-FIP200-ATG101復合物結(jié)合，使ULK1和ATG13磷酸化，抑制細胞自噬。在營養(yǎng)缺乏條件下或經(jīng)mTOR抑制劑處理后，mTORC1從這個巨型復合物中解離，而ULK1、ATG13和FIP200被激活，最終誘導自噬體的形成［27］。由此可見，mTORC1是自噬的負調(diào)控因子，活化后可抑制細胞自噬的發(fā)生。也有研究發(fā)現(xiàn)，同時抑制mTORC1和mTORC2的活性，可能會增強對自噬的誘導［28］。Gu等［29］研究發(fā)現(xiàn)，臍帶間充質(zhì)干細胞來源的外泌體

可通過調(diào)控AMP活化蛋白激酶（AMPK）/mTOR信號通路，促進心肌細胞的自噬，減輕心肌細胞凋亡，從而改善病毒性心肌炎的心肌損傷情況。Liu等［30］研究發(fā)現(xiàn)，雷公藤紅素可通過ROS/JNK和Akt/mTOR信號通路介導神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞的自噬和凋亡。這些結(jié)果均提示mTOR信號通路是調(diào)控細胞自噬的重要相關(guān)通路。

4.1.1 磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt/mTOR信號通路 PI3K/Akt/mTOR信號通路是重要的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導通路，在細胞增殖、生長、存活、囊泡運輸、葡萄糖轉(zhuǎn)運、細胞骨架組織、腫瘤發(fā)生發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用；其同時也是調(diào)控自噬的經(jīng)典通路，抑制此信號通路可促進自噬的發(fā)生。PI3K根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能可分為3類，其中ⅠA型PI3K與人類癌癥的關(guān)系最為密切，也是研究最廣泛的。ⅠA型PI3K是由一個調(diào)節(jié)亞基（p85）和一個催化亞基（p110）組成的異二聚體。血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）和胰島素等都能激活PI3K通路，這些因子激活受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTK），募集PI3K的p85亞基到活化的受體后，使PI3K磷酸化，并將PIP2轉(zhuǎn)化為PIP3。PIP3與含有PH結(jié)構(gòu)域的磷酸肌醇依賴激酶1（phosphoinositide-dependent kinase 1，PDK1）和蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）識別并結(jié)合，通過PDK1使Akt蛋白的蘇氨酸308位點磷酸化，活化的Akt激活mTORC1，從而抑制自噬。活化的Akt同時也可以磷酸化TSC1/TSC2蛋白復合體，使小GTP酶Rheb（Ras homologue enriched in brain，Rheb）富集，活化mTORC1，抑制自噬［31-32］。Liu等［33］研究發(fā)現(xiàn)，外泌體可通過PI3K/Akt/mTOR通路下調(diào)自噬標志蛋白LC3-Ⅱ/Ⅰ和Beclin-1的表達，上調(diào)p-Akt/Akt和p-mTOR/mTOR的表達，從而抑制自噬，減少心肌細胞凋亡，并推測其機制可能與外泌體中miRNA或細胞因子的富集有關(guān)。Song等［34］研究發(fā)現(xiàn)，外泌體中的miR-7-5p可以通過調(diào)控EGFR的表達，抑制Akt/mTOR信號通路，從而誘導自噬的發(fā)生。在PI3K/Akt/mTOR信號通路中，PIP2轉(zhuǎn)化為PIP3這一過程受到第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因（phosphatease and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN）的負向調(diào)控，進而抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路活化［35］。Zhou等［36］研究發(fā)現(xiàn)，PTEN是miR-19a-3p的靶基因，PTEN 3′UTR端上有3個miR-19a-3p結(jié)合位點，外泌體中miR-19a-3p通過靶向PTEN，調(diào)控Akt/mTOR信號通路，抑制小膠質(zhì)細胞的自噬。

4.1.2 AMPK/mTOR信號通路 AMPK是一種細胞能量狀態(tài)的感受器，在真核細胞中表現(xiàn)為含有催化a亞基和調(diào)控b和g亞基的雜三聚體復合物。在哺乳動物中，當AMP/ATP或腺苷二磷酸（ADP）/ATP比值增加或細胞能量狀態(tài)被破壞時就會激活AMPK［37］。AMPK主要通過抑制mTORC1促進自噬?；罨腁MPK可以直接磷酸化TSC2和mTORC1的結(jié)合亞基 Raptor，抑制 mTORC1 活化，從而誘導自噬［38］。Wen等［39］研究發(fā)現(xiàn)，miR-185可能通過調(diào)控AMPK/mTOR信號通路，抑制帕金森病多巴胺神經(jīng)元細胞的自噬和凋亡。Liu等［3］研究發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細胞來源的外泌體通過激活AMPK/mTOR和Akt/mTOR信號通路誘導心肌細胞自噬，從而減輕心肌缺血再灌注損傷。該研究也指出需要進一步的實驗來確定外泌體中RNA、miRNA或相關(guān)蛋白在心肌缺血再灌注損傷中的治療作用機制。

4.2 Toll樣受體信號通路 Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）作為模式識別受體中的一個主要家族，是一類由胞外、跨膜和胞內(nèi)信號域組成的跨膜蛋白。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)11種與人類相關(guān)的TLRs，其中關(guān)于TLR4的研究較多。TLR的胞外結(jié)構(gòu)域具有富含亮氨酸的重復序列，并負責結(jié)合病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），在免疫反應中發(fā)揮重要作用，現(xiàn)在也有越來越多的研究將TLR和自噬聯(lián)系起來。TLR與配體識別后通過募集髓樣分化蛋白88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）和β-干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白開啟下游信號轉(zhuǎn)導，除TLR3外的其他TLR均通過募集MyD88介導信號通路的激活，MyD88通過一系列信號轉(zhuǎn)導激活核因子-κB（nuclear factor κB，NF-κB）。NF-κB可以通過直接誘導Beclin-1、ATG5、LC3等自噬相關(guān)蛋白的表達促進自噬，也可以通過增加A20、Bcl-2等自噬抑制因子的表達下調(diào)自噬。有研究指出NF-κB可以通過抑制PTEN的表達激活mTOR通路，從而抑制自噬的發(fā)生［40］。TLR4下游可能存在自噬相關(guān)信號，TLR4啟動募集MyD88后激活TRAF6，TRAF6多泛素化激活Beclin-1，促進自噬過程，或激活AMPK通路，從而抑制mTORC1，誘導自噬［41-42］。Wen等［43］研究發(fā)現(xiàn)，miR-421通過靶向結(jié)合MyD88基因，抑制TLR/MYD88通路激活，從而減少癲癇小鼠海馬神經(jīng)元的凋亡和自噬。Zhang等［44］研究發(fā)現(xiàn)，胃癌細胞來源的外泌體表達的高遷移率族蛋白-1（high mobility group box-1，HMGB1）通過與TLR4相互作用激活NF-κB通路，誘導中性粒細胞自噬，最終促進胃癌細胞的增殖和遷移。以上多項研究已經(jīng)證實外泌體中的miRNA可以調(diào)控細胞自噬，也有研究發(fā)現(xiàn)外泌體攜帶的蛋白質(zhì)可以通過TLR信號通路調(diào)控自噬。

4.3 STAT3/Bcl-2信號通路 越來越多的研究表明，STAT3作為信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）家族中的一員，在自噬體的形成到成熟的過程中，參與了自噬的調(diào)控。根據(jù)STAT3在細胞中的定位不同，其對自噬的調(diào)控作用也不同。細胞核內(nèi)的STAT3通過促進自噬負調(diào)控因子Bcl-2、Bcl2L1和MCL1的表達來抑制自噬；磷酸化的STAT3通過調(diào)節(jié)凋亡蛋白BNIP3的表達，發(fā)揮促自噬功能。胞質(zhì)中的STAT3通過直接抑制真核生物翻譯起始因子2-α激酶2（eukaryotic translation initiation factor 2-α kinase 2，EIF2AK2）的活性來抑制自噬；胞質(zhì)中的STAT3磷酸化后，促使自噬相關(guān)蛋白FOXO1和FOXO3去磷酸化，并進入細胞核，上調(diào)ULK2、Beclin-1、ATG12等多個自噬相關(guān)基因的表達，促進自噬［45］。Li等［46］研究發(fā)現(xiàn)，miR-519a可通過靶向抑制STAT3/Bcl-2信號通路，促進膠質(zhì)母細胞瘤細胞自噬，并增強其化療敏感性。有研究表明，ADSCs-Exo中的miR-181-5p可以下調(diào)STAT3和Bcl-2的表達，并激活小鼠肝星狀細胞自噬，發(fā)揮其抗纖維化的作用，提示含有miRNA的外泌體可以通過STAT3/Bcl-2信號通路調(diào)控自噬［22］。

5 小結(jié)與展望

外泌體調(diào)控細胞自噬的能力是通過轉(zhuǎn)移活性物質(zhì)（如miRNA），激活細胞內(nèi)自噬相關(guān)的信號通路來實現(xiàn)的。miRNA通過靶向自噬信號通路中的部分信號分子和自噬相關(guān)基因的表達來調(diào)控自噬［47］。另有研究發(fā)現(xiàn)多泡體作為外泌體的前體，可通過自噬被降解，從而減少外泌體的釋放［48］，其降解機制可能會成為未來的研究熱點?？傊?，外泌體調(diào)控自噬在自身免疫性疾病［49］、骨關(guān)節(jié)炎［5］、糖尿病腎?。?6］、心肌缺血再灌注損傷［3］、神經(jīng)退行性疾?。?0］的治療中表現(xiàn)出臨床應用前景,但目前關(guān)于外泌體調(diào)控自噬的研究尚處于基礎(chǔ)實驗階段，且以miRNA調(diào)控自噬的研究報道較多，而外泌體中包含的其他活性物質(zhì)對自噬調(diào)控的研究較少，亦有更多的通路機制有待發(fā)掘。