龍嘉琪 李躍兵

1浙江中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院（杭州 310053）；2浙江中醫(yī)藥大學附屬第二醫(yī)院麻醉科（杭州 310005）

肺缺血再灌注損傷（lung ischemia reperfusion injury，LIRI）是一類具有高致死率的無菌性肺部損害疾病，主要發(fā)生在肺移植、心肺復蘇、體外循環(huán)和肺栓塞等疾病。LIRI 本質(zhì)上是缺血期可逆性肺損傷的進一步發(fā)展，由再灌注血流引起的炎癥細胞、炎性因子、氧自由基等因素作用下轉化為不可逆的肺組織損傷。LIRI 的發(fā)病機制復雜，涉及炎癥損傷、細胞自噬、氧化應激損傷、鈣超載、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激損傷等多種途徑和病理生理過程。其中，炎性相關因子和自噬相關分子等扮演著重要角色。

自噬與炎癥是人體各種病理生理機制中的一個重要組成部分，二者并非獨立的兩個過程，而是存在著相互的關聯(lián)，了解二者的關聯(lián)可為臨床治療提供一定的參考。在LIRI 引起的肺組織炎癥反應中，自噬活性會因為疾病特點及發(fā)展階段的不同而發(fā)生變化。因此，深入研究自噬與炎癥的關系，明確二者在LIRI 發(fā)生發(fā)展中的變化，對維持細胞自噬穩(wěn)態(tài)，改善缺血再灌注所導致的肺損傷具有重要的意義。本文從炎癥和自噬的角度，綜述LIRI 中炎癥和自噬的變化及二者交互作用的相關機制，以期為預防LIRI 尋找新靶點提供線索和思路。

1 LIRI 引起炎性反應及其炎性介質(zhì)釋放

肺由于其雙重血液供應系統(tǒng)和持續(xù)的氣體交換生理需求，似乎特別容易受到缺血/再灌注（ischemic reperfusion，I/R）損傷，其損傷的分子機制被認為比其他器官更復雜。從分子層面、細胞層面和臨床層面來看，缺氧與炎癥反應具有很大的相關性［1］。在肺組織I/R 期間，肺組織產(chǎn)生大量氧自由基，導致血管內(nèi)皮細胞、肺泡巨噬細胞、肺間質(zhì)細胞和肺泡細胞等細胞膜脂質(zhì)的氧化降解，并產(chǎn)生許多炎癥介質(zhì)，導致微血管損傷及細胞的破壞，通過氧化反應與炎癥反應相互作用促使LIRI 發(fā)生。

在肺損傷中許多炎性介質(zhì)基因的表達和轉錄都有核轉錄因子（nuclearfactor-kappa B，NF-κB）的參與。NF-κB 在調(diào)控炎癥介質(zhì)中具有十分重要的作用，是眾多炎癥信號傳導通路的關鍵作用靶點［2］。在彭堅等［3］建立的小鼠LIRI 模型中，通過RNA干擾技術沉默NF-κB基因，肺組織中的腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）的含量明顯下降，說明抑制NF-κB 的表達可以減少下游TNF-α 等炎性介質(zhì)基因的表達，從而緩解LIRI。研究表明，腫瘤壞死因子受體相關因子1（Tumor necrosis factor receptor-associated factor 1，TRAF1）基因被敲除的肺損傷的小鼠，可使肺組織中性粒細胞浸潤減少；同時，TRAF1的缺失顯著下調(diào)了促炎細胞因子水平，NF-κB 失活，有效地減輕了肺損傷，顯著地降低了小鼠的死亡率［4］。

Interleukin-6（IL-6）能夠刺激參與免疫反應的細胞的增殖和分化，是組織損傷程度和炎癥反應的重要指標。NAKATA 等［5］通過阻斷和開放小鼠肺門建立了肺缺血再灌注模型，其肺組織中編碼IL-6 的mRNA 的表達水平顯著高于假手術組。IL-10 是一種在LIRI 中起保護作用的細胞因子，是體內(nèi)促炎和抗炎平衡的關鍵參與部分，起著減弱炎癥反應程度、抑制炎癥反應進展的作用。研究顯示，敲除了IL-10 基因的I/R 模型小鼠，促炎細胞因子和促凋亡因子的表達明顯增多［6］。IL-8 是一種重要的促炎細胞因子，在LIRI 中發(fā)揮著促進炎癥反應的生物學作用，其主要由單核細胞和中性粒細胞激活后分泌。通過下調(diào)IL-8 的表達，可抑制中性粒細胞的趨化性，改善小鼠肺缺血再灌注后的炎癥損傷［7］。

2 LIRI 引起自噬及其作用影響

2.1 肺缺血再灌注后自噬與肺損傷的關系自噬是一種自我分解代謝的過程，是應急情況下維持細胞穩(wěn)態(tài)及代謝平衡的重要機制。自噬是把“雙刃劍”，LIRI 后肺泡巨噬細胞、肺泡內(nèi)皮和上皮細胞等自噬可能加重肺損傷，也可能對肺組織具有保護作用。大部分研究指出，LIRI 誘導的自噬活性增加，那么這種增長趨勢引出了一個關鍵問題：自噬增加對肺組織細胞是“有益”還是“有害”？多數(shù)研究認為在肺組織缺血階段，誘導適度的自噬水平可能對肺組織細胞發(fā)揮保護作用，然而在再灌注期間激活過度的自噬水平可能對肺組織細胞起到有害作用［8］。

2.2 自噬對組織缺血期和再灌注期的影響自噬在肺組織I/R 的不同階段可能發(fā)揮著不同的作用。在肺組織缺血階段，LIU 等［9］在小鼠肺移植所致的LIRI 模型中發(fā)現(xiàn)，線粒體自噬抑制細胞凋亡，起到肺保護作用；相反的是，在供體肺再灌注階段，線粒體自噬繼續(xù)增加，卻伴隨著細胞凋亡的增加和肺功能的惡化。赫卯林等［10］在研究小鼠LIRI模型中觀察到，使用自噬激活劑（rapamycin，RAPA）后會加重肺組織損害，然而使用自噬抑制劑（3-Methyladenine，3-MA）則可以顯著改善小鼠肺組織的缺血再灌注損傷。類似的結果在心、腦和腎I/R 損傷中也有發(fā)現(xiàn)［11-13］。以上研究表明，在缺血期機體適度的自噬可能對肺組織發(fā)揮著積極的作用，而在再灌注期間過度激活的自噬則會對肺組織造成不利的影響。

有趣的是，自噬的這種雙向性可能與實驗動物種屬差異、模型建立的不同有關，另外一些研究表明，在再灌注過程中自噬可能起到機體保護效應，在心、腦、腎臟器官中同樣可以觀察到。HONG等［14］發(fā)現(xiàn)，七氟烷預處理后的心肌I/R 的大鼠，通過激活自噬，使缺血再灌注后的自噬通量得到修復，延緩了心肌的損傷。CHEN 等［15］發(fā)現(xiàn)，上調(diào)Lin28a 可促進小鼠神經(jīng)細胞自噬，減少神經(jīng)細胞凋亡，減輕I/R 所致的腦損傷。在小鼠腎缺血再灌注模型中，誘導線粒體自噬可保護腎免受I/R 損傷［16］。因此，在自噬的不同階段其活性可能由于實驗物種來源的不同、各器官之間的差異、動物模型造模的不同以及介導的相關信號通路的差異而受到影響，使自噬的活性上調(diào)或者下調(diào)，從而對疾病的進展發(fā)生著有益或者有害的作用。

3 LIRI 中自噬與炎癥的關系

自噬是一種在細胞生存進化期間較為保守的調(diào)節(jié)模式，參與眾多疾病病理的發(fā)生發(fā)展。在LIRI 引起肺組織炎癥反應中，其自噬活性隨疾病特點及發(fā)展階段而發(fā)生著變化。因此，深入研究自噬與炎癥的關系，對維持細胞自噬穩(wěn)態(tài)，改善I/R 所導致的肺損傷具有重要的意義。

3.1 LIRI 中自噬對炎癥的調(diào)節(jié)自噬促進細胞存活或死亡取決于特定的刺激和環(huán)境條件。在疾病的不同發(fā)展階段，自噬對于炎癥的調(diào)節(jié)發(fā)揮著雙重的作用：一方面，適度水平的自噬可以通過清除錯誤折疊的蛋白、抑制炎癥小體的活化以及保持線粒體穩(wěn)態(tài)來對抗肺組織I/R 炎癥反應。JIANG等［17］發(fā)現(xiàn)，通過激活SIRT1-PINK1 信號通路介導的線粒體自噬可以調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)的釋放，減輕2型糖尿病大鼠的I/R 肺損傷。另一方面，自噬在某些情況下也可促進炎癥反應的發(fā)生。在豬的LIRI模型中，損傷相關分子模式（damage-associated molecular patterns，DAMPs）觸發(fā)的自噬通過增強NFκB 等信號通路放大炎癥反應，而敲除自噬相關的ATG7 基因抑制自噬，可顯著減少由DAMPs 觸發(fā)的炎癥細胞因子的釋放［18］。在肺組織缺血再灌注損傷的疾病中，自噬一方面能抑制炎癥反應的進展，另一方面也會促進炎癥反應的發(fā)生。適度水平的自噬可以清除病原體，維持細胞穩(wěn)態(tài)。然而當機體處于平衡的自噬水平被打破時，則可能導致細胞功能發(fā)生異常。過低水平的自噬不能及時清除堆積蛋白，會導致炎癥反應加重。而過度激活的自噬水平，則可能誘導許多實質(zhì)細胞非程序性死亡，導致相關組織細胞病理損害甚至死亡。

3.2 LIRI 中炎癥對自噬的調(diào)節(jié)近年來，研究表明：自噬和炎癥有著緊密聯(lián)系，自噬可以激活或抑制炎癥反應；同樣，炎癥也可以誘導或抑制自噬。一些調(diào)控炎癥的轉錄因子，也調(diào)控著自噬核心基因的轉錄。最典型的代表就是NF-κB 家族，其可以上調(diào)Beclin1 和其他自噬相關蛋白的轉錄，使自噬增強，加重小鼠肺組織I/R 損傷［19］。此外，自噬同樣也受廣泛的炎癥相關因子的調(diào)節(jié)。促炎細胞因子如IL-6 與干擾素-γ 會促進自噬的發(fā)生，而抗炎細胞因子如IL-4、IL-10 則能夠抑制自噬的活性［20］。因此，缺血再灌注肺損傷后細胞自噬和炎癥之間的聯(lián)系并不是互相獨立的，而是存在著相互促進和相互制約的關系，如果兩者平衡的關系被破壞則可能導致肺組織損傷。

4 相關信號調(diào)節(jié)通路

細胞自噬程度與LIRI 的發(fā)生發(fā)展密切相關，可能涉及多種信號轉導通路和細胞因子的相互作用。在LIRI 疾病的炎癥反應中，自噬與炎癥的交互作用對其的調(diào)控起到了重要的作用。因此，深入探討LIRI 不同發(fā)展階段下細胞自噬的進展機制，特別是炎癥反應介導的相關信號通路和分子機制，對該疾病的防治具有重要的意義。

4.1 AMPK-mTOR 信號通路哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）是機體內(nèi)一種與細胞的凋亡、增殖、自噬和炎癥密切相關的信號傳導分子；一磷酸腺苷活化蛋白激酶（Amp-activated protein kinase，AMPK）是調(diào)節(jié)代謝穩(wěn)態(tài)的能量傳感器，它的代謝調(diào)節(jié)作用與mTOR有著緊密的聯(lián)系。赫卯林等［10］證實，在建立的缺血再灌注肺損傷的小鼠模型中AMPK/mTOR 信號通路介導了自噬的上調(diào)，促進了炎癥反應，導致肺組織損傷的加重。WANG 等［21］表明，氫鹽水可通過調(diào)節(jié)AMPK/mTOR 信號通路來抑制自噬過度激活，減少炎癥介質(zhì)釋放，從而減輕小鼠的急性肺損傷。這提示AMPK-mTOR 信號通路在LIRI 中發(fā)揮著重要的作用。

4.2 PI3K/AKT/mTOR 信號通路激酶磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）/mTOR 通路是在機體發(fā)生感染、氧化應激和衰老等特定狀態(tài)下調(diào)節(jié)細胞自噬的關鍵信號轉導途徑。LIANG 等［22］研究發(fā)現(xiàn)，右美托咪定可通過在轉錄水平激活PI3K/AKT/mTOR 信號通路抑制自噬，減輕小鼠的肺缺血再灌注損傷。ZENG 等［23］報道，用PI3K 抑制劑LY294002 預處理LIRI 的小鼠，可下調(diào)p-AKT的表達促進自噬，激活炎癥反應，使肺損傷程度增加。因此，通過作用于PI3K/AKT/mTOR 信號通路，可以抑制細胞過度自噬并減輕炎癥反應，從而緩解肺損傷。

4.3 TLR4-NF-κB 信號通路Toll 樣受體（TLRs）是一種高度保守的細胞表面受體，它參與了非特異性免疫系統(tǒng)的激活。NF-κB 的特異性靶點是多種調(diào)節(jié)因子的編碼基因，如炎性因子TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8 等。LIU 等［24］研究發(fā)現(xiàn)，LIRI 小鼠模型中自噬水平升高，經(jīng)銅綠假單胞菌外膜囊泡（OMVs）預處理后顯著降低了TLR4 和p-NF-κB 的表達，炎癥因子分泌減少，減輕了肺組織的損傷。進一步研究證實，采用TLR4-小干擾RNA（siRNA）干擾TLR4 表達后LIRI 大鼠肺組織細胞自噬水平下降，相關炎性因子表達減少［25-26］。由此可見，在肺組織I/R 損傷中，TLR4-NF-κB 參與了炎癥反應和自噬調(diào)控，抑制該通路，可有效減輕缺血再灌注肺損傷。

4.4 miRNA 途徑的調(diào)控miRNA 通過降解mRNA或抑制mRNA 翻譯來調(diào)控基因表達，在肺損傷的發(fā)生、發(fā)展和轉歸中發(fā)揮著重要的作用。ZHANG等［27］研究表明，丙泊酚通過上調(diào)miR-144 表達水平抑制肺泡Ⅱ型上皮細胞的自噬活性，減少炎癥因子的釋放，減輕LIRI 小鼠模型的肺損傷。miRNA 除了對細胞自噬有抑制作用外，還可增強細胞自噬水平。DAI 等［19］發(fā)現(xiàn)，在建立LIRI 小鼠模型中，miR-145 在I/R 損傷小鼠和肺微血管內(nèi)皮細胞中大量表達，NF-κB 轉錄活性增加，TNF-α、IL-6 和Beclin-1 的表達上調(diào)，表明miR-145 促進細胞自噬和炎癥因子的釋放，加重肺損傷。

4.5 TRAF6 泛素化途徑的調(diào)控TRAF6 通過自身泛素化調(diào)控相關信號通路因子，影響著機體多種生理病理活動的發(fā)生和發(fā)展。LIU 等［18］發(fā)現(xiàn)，在肺泡巨噬細胞中，抑制自噬相關基因ATG7 顯著減弱了I/R 損傷引發(fā)的肺組織中TRAF6 泛素化，NFκB 的激活受到明顯抑制，以及炎性細胞因子顯著減少。這表明TRAF6 的泛素化水平與I/R 引發(fā)的自噬密切相關，在調(diào)控炎癥反應中發(fā)揮重要作用。

以上研究表明，炎性相關因子和自噬相關分子可能通過AMPK-mTOR、PI3K/AKT/mTOR、TLR4-NF-κB、miRNA 及TRAF6 泛素化等途徑來影響LIRI疾病的發(fā)生與發(fā)展（圖1）。進一步說明，炎癥信號通路在LIRI 中受自噬調(diào)節(jié)，而自噬的活性亦受炎癥相關因子的影響。由此可見，通過調(diào)控細胞自噬和炎癥相關信號通路使自噬恢復到正常水平，可能對LIRI 的臨床治療起著重要的作用［8］。因此，深入研究肺缺血再灌注疾病中自噬分子與炎癥因子調(diào)控的相關作用靶點，并在以后的研究中對該靶點進行干預從而維持細胞自噬穩(wěn)態(tài)，將對提高LIRI 患者的治愈率以及減少其致死率具有十分積極的作用。

圖1 自噬與炎癥相關信號通路的示意圖Fig.1 Schematic diagram of autophagy and inflammation related signaling pathways

5 結語與展望

肺組織缺血再灌注損傷后會促進炎癥反應的發(fā)生，釋放大量炎性介質(zhì)，加劇肺組織的損傷。同時，LIRI 后細胞通過一系列信號通路啟動自噬，自噬的上調(diào)或者下調(diào)對肺組織起著保護和損害的作用。炎癥與自噬的關系并不是單一的，而是相互制約、相互促進的，炎癥可以促進或抑制自噬的發(fā)生，自噬亦可以促進或抑制炎癥反應。此外，自噬活性和炎癥水平在不同疾病、疾病的不同發(fā)展階段以及不同器官之間發(fā)揮的作用也可能不相同。這其中涉及了許多復雜的信號通路和作用機制。在LIRI 早期即可檢測到肺組織自噬水平的升高，較多的研究顯示，缺血期適度的自噬可以減輕肺損傷，而再灌注期過度的自噬則會加劇肺損傷。隨著對自噬分子和炎性因子的作用機理的不斷深入，通過調(diào)節(jié)自噬的啟動來限制炎癥反應的擴散，以及通過抑制自噬的過度放大來抑制細胞凋亡，已成為當前備受關注的研究領域。已有數(shù)據(jù)顯示，干預自噬對于改善LIRI 損傷具有很好的治療前景，而如何評價自噬強度和炎癥反應之間的關系，以及尋找特異的干預措施也將成為當前研究的主要方向。本文圍繞炎癥與自噬及二者交互作用在LIRI 發(fā)生發(fā)展中的作用進行了闡述，可為預防和治療LIRI 奠定一定的理論基礎。在今后的研究中若能找到控制自噬的適宜時機和靶點將自噬恢復到生理水平，減少炎癥反應對組織和細胞的功能損害，將有利于改善LIRI 患者的預后。