楊璐 袁雨來(lái) 敖素華 熊霞

支氣管哮喘(簡(jiǎn)稱哮喘)是由多種細(xì)胞以及細(xì)胞組分共同參與的慢性氣道炎癥性疾病,臨床表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的喘息、氣急,伴或不伴胸悶或咳嗽等癥狀,同時(shí)伴有氣道高反應(yīng)性和可變的氣流受限[1]。近年來(lái),隨著肥胖人口的不斷增加,肥胖成年人哮喘患病率達(dá)11.1%,較正常體重的成年人患病率7.1%顯著增高[2],2014年全球哮喘防治倡議(GINA)指南已將肥胖型哮喘作為一種新的哮喘表型[3]。有研究證實(shí),肥胖不僅是哮喘的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[4],影響哮喘患者的疾病嚴(yán)重程度、治療反應(yīng)和哮喘未來(lái)急性發(fā)作風(fēng)險(xiǎn)[5],但二者的確切關(guān)聯(lián)機(jī)制尚未完全闡明。目前對(duì)肥胖相關(guān)性疾病的研究主要集中在代謝性疾病及心血管系統(tǒng)疾病,關(guān)于肥胖影響哮喘的相關(guān)機(jī)制研究相對(duì)較少。近年來(lái)有研究表明自噬在肥胖與多種肺部疾病的發(fā)生中起著重要作用[6],迄今為止已經(jīng)描述了三種主要的自噬：巨自噬,微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬[7],本文主要從巨自噬(以下簡(jiǎn)稱自噬)的概述、自噬與肥胖的相互關(guān)系、自噬與哮喘的相關(guān)機(jī)制研究、自噬影響肥胖型哮喘、藥物調(diào)節(jié)自噬治療肥胖型哮喘五個(gè)方面綜述自噬在肥胖型哮喘中的研究進(jìn)展。

一、自噬概述

自噬是發(fā)生在所有真核生物細(xì)胞中高度保守的降解系統(tǒng),其主要功能是清除過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、有毒的蛋白質(zhì)聚集物、受損的細(xì)胞器和入侵微生物,對(duì)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)起著重要作用[8]。自噬分為自噬誘導(dǎo)、自噬體形成、自噬溶酶體形成及內(nèi)容物降解4個(gè)階段[9],是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,始于細(xì)胞內(nèi)吞噬泡的形成,在細(xì)胞內(nèi)自噬相關(guān)蛋白的作用下膨脹延伸,包裹自噬底物如錯(cuò)誤折疊的蛋白、脂質(zhì)、受損的細(xì)胞器、大分子物質(zhì)等,形成獨(dú)特的具有雙層膜結(jié)構(gòu)的自噬小體,自噬小體與溶酶體結(jié)合,利用溶酶體相關(guān)降解酶對(duì)吞噬的物質(zhì)進(jìn)行降解后再利用[8]。其在生理上的重要性已被小鼠遺傳學(xué)研究證明[10],而自噬缺陷在肝臟、脂肪組織、骨骼肌和胰腺等代謝器官中也產(chǎn)生顯著的影響[11]。這些研究表明,自噬在分解代謝方面發(fā)揮著重要作用,而肥胖即是一種代謝失衡,對(duì)自噬的適當(dāng)調(diào)控對(duì)肥胖相關(guān)的諸多疾病如肥胖型哮喘的研究與治療具有重要意義。

二、自噬與肥胖的相互關(guān)系

肥胖作為一種慢性低度炎癥狀態(tài),常由脂質(zhì)代謝異常所致,肥胖狀態(tài)下?tīng)I(yíng)養(yǎng)過(guò)剩抑制自噬的啟動(dòng),過(guò)量的游離脂肪酸還可通過(guò)抑制自噬小體的成熟及抑制自噬流來(lái)抑制自噬[12]。有研究證實(shí),在肥胖模型中肝細(xì)胞的自噬標(biāo)記物下調(diào),阻斷肝細(xì)胞的自噬可導(dǎo)致代謝性疾病如胰島素抵抗、肝脂肪變性的惡化,而激活肝細(xì)胞中的自噬可以防止肥胖相關(guān)的代謝紊亂[13]。因此,肥胖與自噬相互影響,共同作用。

另外,與肥胖相關(guān)的應(yīng)激損傷可以誘導(dǎo)線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激上調(diào)脂肪細(xì)胞的自噬,這種異常的自噬激活導(dǎo)致脂肪組織的褐變減少,降低其產(chǎn)熱能力和損害其代謝功能[14]。在伴有2型糖尿病或胰島素抵抗的肥胖患者中,其脂肪細(xì)胞的自噬水平上調(diào),自噬標(biāo)志物、相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子以及自噬體中脂噬與微管相關(guān)蛋白輕鏈3(LC3)的共定位增加都證明了這一點(diǎn)[15,16]。因此,自噬缺陷通常會(huì)破壞代謝穩(wěn)態(tài),但在某些特定的病理生理學(xué)背景下,自噬抑制可能會(huì)上調(diào)代償通路,這可能有利于抵御肥胖帶來(lái)的相關(guān)不良后果。

三、自噬與哮喘的相關(guān)機(jī)制研究

目前哮喘的發(fā)病機(jī)制尚不完全明確,可概括為氣道-免疫炎癥機(jī)制、神經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)制及其相互作用,其中氣道-免疫炎癥機(jī)制被廣泛認(rèn)可,而輔助性T細(xì)胞1(Th1)/輔助性T細(xì)胞2(Th2)介導(dǎo)的免疫失衡是當(dāng)前研究較多的機(jī)制之一[17]。哮喘患者受到變應(yīng)原刺激后,氣道上皮細(xì)胞產(chǎn)生白介素(interleukin,IL)如IL-25、IL-33等細(xì)胞因子,使Th2介導(dǎo)的免疫反應(yīng)得以啟動(dòng),同時(shí)分泌的細(xì)胞因子會(huì)導(dǎo)致氣道IgE產(chǎn)生和黏液生成增加,活化的Th2產(chǎn)生IL-4、IL-5和IL-13等促炎因子導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性、黏液高分泌、組織損傷[18]。

氣道慢性炎癥是哮喘的基本特征,表現(xiàn)為炎癥細(xì)胞的增多與浸潤(rùn),可引起氣道高反應(yīng)性致哮喘反復(fù)發(fā)作。有研究提出自噬可以通過(guò)調(diào)節(jié)相關(guān)免疫細(xì)胞的抗原呈遞功能來(lái)調(diào)控炎癥反應(yīng)[19],影響哮喘的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。IL-4可通過(guò)啟動(dòng)B細(xì)胞的自噬而增強(qiáng)其抗原呈遞反應(yīng),Xia F.等的研究顯示,在B細(xì)胞自噬不足的哮喘小鼠模型中,IL-4介導(dǎo)的抗原呈遞能力下降,哮喘小鼠的免疫病理癥狀減弱[20]。另外,激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)的自噬抑制因子也可以減輕哮喘小鼠的氣道炎癥[21]。mTOR是自噬的主要調(diào)控因子,是磷酸肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)通路的下游靶點(diǎn),激活PI3K/AKT可直接磷酸化mTOR的Ser2448位點(diǎn),抑制自噬,促進(jìn)細(xì)胞存活[22],有研究表明,在過(guò)敏性哮喘中,激活PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路可通過(guò)抑制肺自噬有效減弱氣道炎癥,而抑制PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路則會(huì)加重氣道炎癥[23]。另外,有體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究抑制小鼠的自噬通路可降低黏蛋白5AC(MUC5AC)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β3(TGF-β3)的表達(dá)[24],抑制自噬可能成為改善哮喘患者黏液高分泌的有效機(jī)制。

綜上,自噬在哮喘發(fā)生發(fā)展的各環(huán)節(jié)中起著不容忽視的作用,調(diào)節(jié)自噬水平可能為哮喘的治療提供新思路。

四、自噬影響肥胖型哮喘

肥胖個(gè)體脂肪組織產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和激素,可加重氣道炎癥,對(duì)哮喘產(chǎn)生直接影響。肥胖中的幾種信號(hào)分子,包括IL-17、NLRP3炎性小體、瘦素、脂聯(lián)素與肥胖型哮喘的發(fā)病密切相關(guān),自噬可通過(guò)多種機(jī)制調(diào)節(jié)炎癥,影響肥胖型哮喘的發(fā)生發(fā)展。

1. 自噬負(fù)向調(diào)控IL-17的生成

哮喘患者多存在氣道中性粒細(xì)胞炎癥,而IL-17是中性粒細(xì)胞炎癥的重要介質(zhì)。有研究表明,肥胖型哮喘患者比沒(méi)有肥胖型哮喘患者有更高的IL-17A mRNA表達(dá)[22],IL-17A是肥胖型哮喘小鼠模型發(fā)生氣道高反應(yīng)性所必需的,在疾病嚴(yán)重程度中起著至關(guān)重要的作用[25],因此,IL-17缺乏的小鼠在高脂飲食喂養(yǎng)下可能并不會(huì)發(fā)展為哮喘。IL-1β是CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生IL-17A的重要的促炎因子,而自噬可通過(guò)隔離IL-1β前體降低IL-1β水平[26],從而下調(diào)IL-17A的生成。而IL-17A也被證明可以調(diào)節(jié)自噬水平,抑制肺纖維化中IL-17的生成可激活自噬,促進(jìn)肺上皮細(xì)胞膠原的降解[27]。自噬調(diào)節(jié)的IL-17在肥胖狀態(tài)下可能發(fā)生變化,導(dǎo)致支氣管哮喘的病理改變,可能成為肥胖型哮喘防治的新方向。

2. 自噬抑制NLRP3炎性小體激活

NLRP3炎性小體是由受體蛋白NLRP3、接頭蛋白ASC、效應(yīng)蛋白caspase-1三者相互結(jié)合形成的多蛋白復(fù)合物,發(fā)揮激活機(jī)體免疫炎癥的關(guān)鍵作用。NLRP3一旦激活,caspase-1就會(huì)通過(guò)蛋白水解方式裂解細(xì)胞因子pro-IL-1β和pro-IL-18的成熟,導(dǎo)致IL-1β和IL-18的成熟和釋放[28]。在高脂飲食狀態(tài)下,飽和脂肪酸如棕櫚酸酯可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中NLRP3炎性小體的活化并參與脂肪組織中T細(xì)胞的調(diào)節(jié),導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18的分泌以及自噬的下調(diào)[29]。而自噬可以調(diào)節(jié)NLRP3炎性小體相關(guān)的炎癥應(yīng)答,靶向降解泛素化的炎性小體,從而抑制炎癥[30]。因此,自噬可能通過(guò)抑制NLRP3炎性小體介導(dǎo)的IL-1β和IL-18的生成和釋放控制肥胖型哮喘。

3. 自噬與相關(guān)脂肪因子相互調(diào)控

脂肪因子參與肥胖型哮喘的發(fā)生發(fā)展,其中關(guān)于瘦素及脂聯(lián)素的研究較多。氣道上皮細(xì)胞表達(dá)瘦素和脂聯(lián)素的受體,可刺激固有免疫及獲得性免疫細(xì)胞生成TNF-α、IL-1β、IL-6等[31],普遍認(rèn)為它們是一種促炎因子。有研究發(fā)現(xiàn),肥胖哮喘小鼠模型較單純肥胖或單純哮喘小鼠模型的支氣管肺泡灌洗液及外周血清呈現(xiàn)明顯的瘦素高表達(dá),誘導(dǎo)氧化應(yīng)激而發(fā)揮促炎作用[32],是肥胖型哮喘患者的危險(xiǎn)因素之一。而在系統(tǒng)性紅斑狼瘡小鼠模型中,瘦素可抑制CD4+T淋巴細(xì)胞的自噬[33],抑制自噬也可導(dǎo)致瘦素水平增高[34],提示在肥胖型哮喘中,瘦素與自噬之間也可能存在互相調(diào)控,但其具體機(jī)制還需進(jìn)一步探討及相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

脂聯(lián)素是新陳代謝中另一種關(guān)鍵的脂肪因子,在肥胖中通常下調(diào),可調(diào)節(jié)機(jī)體的氧化應(yīng)激和抵抗炎癥,抑制TNF-α、IL-6和NF-κB以及上調(diào)IL-10等[35]。脂聯(lián)素誘導(dǎo)的自噬在心血管疾病中被發(fā)現(xiàn)具有抗炎作用[36],但目前還沒(méi)有研究探索其對(duì)肺部自噬的影響。有研究證實(shí),脂聯(lián)素可以遏制哮喘模型小鼠的氣道高反應(yīng)性[37],脂聯(lián)素缺陷的小鼠肺部以IL-17A介導(dǎo)的中性粒細(xì)胞炎癥最為顯著[38]。故推測(cè)其可能在平衡自噬介導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)和減輕肥胖相關(guān)炎癥細(xì)胞因子釋放中發(fā)揮作用,從而影響肥胖型哮喘的發(fā)生發(fā)展。

五、藥物調(diào)節(jié)自噬治療肥胖型哮喘

目前哮喘的治療以糖皮質(zhì)激素和支氣管擴(kuò)張劑為主,與其他哮喘患者相比,肥胖型哮喘患者對(duì)糖皮質(zhì)激素表現(xiàn)出“激素不敏感”現(xiàn)象,其分子機(jī)制尚未完全闡明,也未探索到更有效的補(bǔ)充或替代方案,臨床常采用大劑量或全身使用糖皮質(zhì)激素治療[39]。布地奈德是一種合成糖皮質(zhì)激素類固醇,常用于哮喘的控制治療,過(guò)度自噬參與卵清蛋白(OVA)誘導(dǎo)的哮喘模型,氣霧劑布地奈德可抑制哮喘誘導(dǎo)的自噬,減少自噬體的形成[40]。有研究顯示布地奈德可抑制氣道巨噬細(xì)胞Beclin-1、LC3的表達(dá),且與痰液IL-10增加和IL-4濃度降低相關(guān),在巨噬細(xì)胞體外,布地奈德也可抑制雷帕霉素誘導(dǎo)的自噬,降低Beclin-1和LC3的表達(dá)[41]。國(guó)內(nèi)的一項(xiàng)研究表明,使用霧化布地奈德可以減輕肥胖型哮喘模型小鼠的局部氣道炎癥,但并未降低血清IL-17水平,全身應(yīng)用糖皮質(zhì)激素雖能降低血清IL-17,但小鼠的死亡率增加[39],關(guān)于布地奈德干預(yù)自噬調(diào)節(jié)肥胖型哮喘的具體機(jī)制尚需進(jìn)一步探討。

針對(duì)肥胖的一些藥物對(duì)于肥胖型哮喘也具有一定療效,相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)他汀類藥物可改善哮喘患者的氣道炎癥和重塑[42]。辛伐他汀可通過(guò)阻斷mTOR信號(hào)通路進(jìn)一步提高LC3、Atg5 mRNA、Beclin1 mRNA水平,緩解氣道炎癥[43]。此外,Lee H.Y.等人使用普伐他汀治療肥胖型哮喘小鼠,發(fā)現(xiàn)其可通過(guò)抑制Th2和Th17相關(guān)的信號(hào)通路來(lái)抑制過(guò)敏性氣道浸潤(rùn)和氣道高反應(yīng)性,降低瘦素表達(dá)和調(diào)控p38 MAPK信號(hào)通路[44]。

此外,中醫(yī)中藥可以調(diào)節(jié)哮喘模型的自噬狀態(tài)發(fā)揮作用。有研究以溫陽(yáng)化飲方干預(yù)可能通過(guò)提高細(xì)胞自噬水平以清除痰飲,從而減輕氣道炎癥[45]。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)平喘顆粒含藥血清可以抑制AKT、mTOR的磷酸化,從而抑制自噬的發(fā)生,其作用機(jī)制可能與其調(diào)控PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路有關(guān)[46]。但目前仍缺乏中醫(yī)藥在肥胖型哮喘方面的相關(guān)研究。

自噬在肥胖型哮喘的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起著重要作用,調(diào)節(jié)自噬狀態(tài)有望改善患者臨床結(jié)局,但目前關(guān)于自噬與肥胖型哮喘關(guān)系的臨床研究不多。隨著大劑量或全身性使用糖皮質(zhì)激素引發(fā)的激素副反應(yīng)問(wèn)題在肥胖患者中日漸顯著,尋找針對(duì)肥胖型哮喘更有效且安全的治療方案迫在眉睫。從自噬參與肥胖型哮喘相關(guān)機(jī)制出發(fā)討論調(diào)節(jié)自噬改善肥胖型哮喘患者臨床癥狀與預(yù)后的可能途徑,有望為探索肥胖型哮喘的發(fā)病機(jī)制和治療方案提供新的思路。