自嗜溶酶体途径与急性胰腺炎

苏涛综述，刘丕审校

(南昌大学第一附属医院消化内科，南昌 330006)

自嗜是广泛存在于真核细胞中的基本生命现象复制，它是依赖于溶酶体实现大分子及细胞器降解途径。在大多数细胞中，自嗜在细胞内起“清道夫”作用，是细胞内细胞器和其它结构自然减员和更新的正常途径。在细胞受到各种理化因素伤害时，它扮演着保护角色，使细胞更好的适应外界环境的变化。当自嗜损伤，可以引起一系列病理反应，与一些疾病的发生、发展密切相关。目前研究表明自嗜功能异常在急性胰腺炎发生、发展中扮演着重要的作用。本文简要综述自嗜在急性胰腺炎中的作用。

1 自嗜溶酶体途径特点

1.1 自嗜的分类 哺乳动物细胞自嗜(autophagy)可分为 3种主要方式[1]：大自噬(Macroautophagy)、小自噬 (Microautophagy)和分子伴侣介导的自嗜(chaperone-mediated autophagy，CMA)，其中大自嗜是最主要的方式，在大自嗜中由内质网来源的膜包绕待降解物，形成自嗜体后与溶酶体融合并降解其内容物；然而在小自嗜中，是溶酶体膜直接内陷包裹，并在溶酶体内降解包裹物，并没有形成自嗜小体。分子伴侣介导自嗜则是胞浆内的蛋白进入溶酶体需要通过分子伴侣 (heat shock cognate protein of 70kDa,HSC70)与底物结合后再与溶酶体膜上的受体 (lysosome associated membrane protein type2,LAMP-2)结合。目前,对自噬的研究主要集中在大自噬,常被人们狭义定义为细胞自嗜。虽然3种细胞自噬有所不同,但它们功能上在细胞应对外界应激和清除受损物质过程中起到共同作用。另外，分泌自嗜是溶酶体直接融合分泌颗粒，虽然自嗜与分泌自嗜都包括内源性的溶酶体酶，仍然没有确定分泌自噬和自噬是同一机制的形态学证据。

1.2 自嗜形成过程 自噬通常包括以下步骤[2]：在此过程中，很多Atg(autophagy related genes)蛋白定位到启始序列室区 (initial sequesteringcompartment)，这一结构在酵母菌被称之为自噬前体结构(pre-autophagosomal structure，PAS)。 首先，细胞在饥饿、缺氧、损伤等刺激下，并在自嗜起始信号的调控下，形成双层膜结构，称为吞噬泡；然后，膜逐渐延伸包绕细胞成份形成自噬体；最后，自噬体通过细胞骨架微管系统运至溶酶体，与之融合形成自噬溶酶体并降解包含物。这个过程被基因Atg控制，同样也受磷脂酰肌醇三磷酸激酶(PI3K)调控。自嗜形成的任何一个步骤受影响都引起其整个过程的功能失调。自嗜潮被定义为自嗜的整个动态过程。

因此，我们不仅要检测自嗜体的形成，还要动态的观察自嗜的降解过程是否顺利，目前对自嗜的检测普遍采用电镜、免疫荧光、蛋白印迹等方法检测自嗜体积及其标志蛋白及其降解底物的检测，另外通过药物或基因干预技术来调控自嗜以观察其在体内体外模型中的作用[3]。

2 自嗜与胰腺炎

2.1 自嗜在胰腺中的生理作用 Mizushima等[4]在GFP-LC3老鼠中，通过GFP-LC3荧光斑的表达的检测，发现外分泌胰腺组织中基础自嗜的水平高于肝脏、肾、心脏，同样在24h饥饿诱导后自嗜体会增加数量，且胰腺组织的自嗜水平也高于其他器官。一种可能的原因是胰腺组织中需要合成更多的蛋白，它可能更需要清除过量和有缺陷的蛋白。确实外分泌胰腺组织的功能是分泌消化酶，它们大多以不活跃的酶原形式储存在酶原颗粒中，一般它们分泌到肠道中才有活性[5]。自嗜是否可能作为调节酶原颗粒的角色，从而去适应胰腺腺泡和整个器官的需求。然而自嗜在调节消化酶分泌的功能方面的作用没被证实。基础和饥饿诱导的自嗜在胰腺腺泡细胞中是非选择性的，因为在两者的自嗜体中包含许多细胞器，例如、线粒体、内质网、酶原颗粒。并且还发现饥饿诱导的自嗜体在腺泡细胞中导致酶原颗粒的显著减少[4]。

2.2 自嗜与胰腺炎关系 急性胰腺炎被认为是致命性的疾病，并伴有高的发病率和死亡率，它的发病机理目前不清楚[6]，也没有特别有效的治疗方法，被认为可能起始于腺泡细胞[5]。急性胰腺炎的特点包括高淀粉酶血症、腺泡内消化酶的激活、大空泡的积累和促炎介质的产生，导致在胰腺中炎性细胞的浸润，全身炎症反应，和腺泡细胞死亡。

在实验动物和人的胰腺炎中腺泡细胞中都有空泡的积累，然而它们形成的机制及与其他的胰腺炎的病理反应的关系仍不是很清楚。有研究[7，8]发现大多数空泡是自嗜空泡，与饥饿比较，不仅在腺泡中有更多空泡，而且更大，且自嗜空泡主要是自嗜溶酶体。与饥饿时相比，胰腺炎减少了自嗜的效率，使长寿蛋白降解受抑制[8]。总之，空泡的积累，自嗜降解效率的减低说明自嗜的功能受到损伤。研究还发现胰腺炎不影响自嗜体和溶酶体融合，也就是说自嗜溶酶体和底物的积累,说明溶酶体的水解酶的活性受了影响。由此可见，急性胰腺炎中自嗜功能受到损伤。

Grasso D等[9,10]研究中发现在腺泡细胞中，空泡膜蛋白1(VMP1)与自嗜有关，且与重要蛋白LC3和Beclin 1都有相互作用。研究发现在胰腺炎中VMP1的过表达起着对腺泡有保护作用，且与泛素化蛋白酶USP9x和泛素化连接蛋白P62有关，所以提出了一种新型的选择性VMP1-USP9x-p62介导的自噬通路，它被VMP1调控，可有选择的去降解过早激活的酶原颗粒，这条通路是被胰腺炎诱导[9]。以上研究中发现在蛙皮素干预后1h，VMP1的调控发生了作用,而空泡的积累和胰酶的增加发生在干预后30min,说明自嗜损伤先于VMP1的调控作用。这种途径通过对过早激活的酶原颗粒的清除，从而起到保护的作用。

2.3 胰腺炎中溶酶体在自嗜中的作用 溶酶体在自嗜过程中发挥着重要的作用，那么溶酶体功能的障碍可引起自嗜损伤，例如：溶酶体蛋白水解酶活性减弱。在大约20年前，有研究发现，在急性胰腺炎中组织蛋白酶B(CatB)活性的显著降低，CatB是一种重要的酸性水解酶。研究[11]还发现这样的减少并不是仅发生在CatB中，但是发生在许多溶酶体水解酶中，包括CatL、CatD、肽链内切酶、硫酸酯酶等。有研究[8]发现在胰腺炎中组织蛋白酶形成过程的损伤，可导致成熟形式的减少，这就很好解释他们为什么活性降低。

此外，Boonen等[12]在Gnptab-的小鼠中研究中，发现在腺泡细胞中有增大的自嗜溶酶体，以及自嗜溶酶体和底物的积累，说明显示溶酶体的降解能力减低导致了自嗜的损伤。因为糖胺-1-磷酸转移酶可使甘露糖-6-磷酸(M6P)附加到水解酶上，使它作为溶酶体的识别信号，而这个酶的亚基被Gnptab和Gnptg编码。表明溶酶体中水解酶的减少，可以引起自嗜损伤。

3 自嗜溶酶体途径在胰腺炎病理发展过程中的作用

胰酶的激活和积累是胰腺炎的早期重要特征，胰酶激活的部位一直是国内外学者争论的焦点，它的分子机制和病理作用也一直在被研究。自嗜损伤的特征被发现在人类和动物模型的胰腺炎中，自嗜损伤发生在疾病发展中的早期，且可能与胰酶的激活和炎症反应有着密切关系。

Hayashi-Nishino M等研究[13]发现在Atg5基因敲除的小鼠中，胰蛋白酶原的激活和空泡的积累显著减少，那么自嗜可能与酶原激活有着密切关系。最近研究[14,15]发现CatB和CatL在这个过程中起到关键作用，两者的作用相反，CatB具有使胰蛋白酶原转化为胰蛋白酶的作用，但CatL不具有激活胰蛋白酶原的作用，而具有水解胰蛋白酶的作用。当自嗜损伤时，两种酶的平衡失调，即CatB的水平低于CatL，导致胰蛋白酶在自嗜泡中积累。

胰酶的激活通常被认为是腺泡损伤的起始因素，它为胰腺消化学说提供了分子基础。但是胰酶的激活对胰腺炎的发展似乎是有限的。Gaiser S等[16]研究发现腺泡内高水平的基因改造过的胰蛋白酶的激活可以引起急性胰腺炎，然而它不能持续的引起腺泡的损伤，和向慢性胰腺炎转变的进程。Dawra R等[17]发现胰蛋白酶原7亚型敲除小鼠急性胰腺炎模型腺泡细胞内胰酶激活水平明显降低且胰腺腺泡细胞坏死只占到野生型小鼠模型的50%，但是与野生型急性胰腺炎模型具有相似的局部和全身炎症程度和NF-κB转录活性,这提示急性胰腺炎局部和全身炎症进程并不一定需要胰酶激活。那么胰蛋白酶原的激活可能引起早期的腺泡损伤，但不引起胰腺炎的进展。

通过以上研究发现胰酶在腺泡内的积累在胰腺炎中的作用很重要，但它的作用也是有限的。但是自嗜可能在胰腺炎发展过程中起到一个关键的作用。自嗜的损伤不但可以引起腺泡内空泡的积累和胰酶的激活，而且可以引起炎症反应和细胞的死亡。那么自嗜损伤与胰腺炎中细胞的死亡和炎症反应的机制仍是不明确的。有一种机制可能是损伤的线粒体的积累促进细胞的死亡[18]，因为线粒体的损伤可使ATP减少，ROS生产过剩，并最终引起细胞的坏死和凋亡性死亡。过剩的ROS可引起炎性体的活化，并引起炎症反应。而正常的自嗜可清除这些损伤的线粒体，从而减少病理反应。例外还可能与P62的积累有关，P62参与选择性自嗜，并通过自嗜降解，已经发现它的积累与神经病变和肝脏疾病关系密切，它可能作为氧化应激和NF-κB通路的调节点，它的积累可能会导致炎症和细胞的死亡[19]。

4 展望

自嗜在胰腺炎中的探索才刚刚开始，还有许多问题需要解决。比如，分子伴侣依赖性自嗜、小自嗜和分泌自嗜在正常胰腺和胰腺炎中的作用，还有选择性自嗜通路探索，比如线粒体自嗜、脂类自嗜和VMP1-USP9x-p62介导的自噬等。其中，线粒体自嗜、脂类自嗜在小鼠急性酒精性肝损害中起到保护作用[20,21]。此外，Rickmann M等[22]发现自嗜可能调节胰腺星状细胞的激活，说明自嗜损伤还可能与慢性胰腺炎有关。

钙信号通路被认为在胰腺炎发展的起到重要作用，在腺泡细胞中它可能涉及自嗜的调节，因为组织中过度钙的内流可以抑制空泡的积累和自嗜损伤引起其它特征[23]。NF-κB通路在胰腺炎机制中也起到重要作用，调节炎症反应[17,24]。且有研究显示表明抑制NF-κB通路还可减少自噬相关蛋白LC3和beclin1表达[25]。说明自嗜可能与其他的调控机制有着密切的关系。

自嗜损伤的机制目前仍不是很清楚，对其机制的研究为治疗胰腺炎提供新的思路。自嗜对胰腺炎的治疗不是简单的增强或阻碍自嗜。所以，我们要研究自嗜，使损伤的自嗜体恢复正常，从而达到治疗胰腺炎的目的。

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