细胞自噬在机体免疫防御中识别、加工、递呈抗原的作用①

doi:10.3969/j.issn.1000-484X.2015.11.028

细胞自噬在机体免疫防御中识别、加工、递呈抗原的作用①

崔玉琳齐翀②王春凤杨桂连

(吉林农业大学动物科学技术学院 吉林省动物微生态制剂工程研究中心，长春130118)

中图分类号R392.12

文献标志码码A

文章编号号1000-484X(2015)11-1565-04

①本文受国家“863”计划项目(2013AA102806，2011AA10A215)、国家自然科学基金项目(31272541，31272552)、教育部新世纪优秀人才支持计划项目(NCET-10-0175)、吉林省科技发展计划项目(20111816)和吉林省世行贷款农产品质量安全项目(2011-Y07)资助。

②吉林大学白求恩第一医院转化医学研究院，长春130061。

作者简介：崔玉琳(1989年-)，女，主要从事动物微生态与黏膜免疫方面研究，E-mail:cuiyuzhanglin@163.com。

通讯作者及指导教师：王春凤，(1972年-)，女，博士，教授，博士生导师，主要从事动物微生态与黏膜免疫方面研究，E-mail:wangchunfeng@jlau.edu.cn。

杨桂连(1978年-)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要从事动物寄生虫免疫学方面研究，E-mail:yangguilian@jlau.edu.cn。

细胞自噬(Autophagy)是通过细胞质中的酸性溶酶体对异常细胞器、蛋白质以及病原体的吞噬、降解，从而形成一种胞内环境分解代谢的平衡机制。细胞自噬对机体的保护与防御尤为重要，特别在免疫系统中发挥重要的生物学作用，是链接先天性免疫与适应性免疫的重要组成部分。当抗原表达时，细胞自噬还可通过先天免疫与适应性免疫的交叉途径而潜在的获得抗原，并在胸腺中调节CD4+T细胞的克隆，除此以外，树突细胞交叉激活CD8+T细胞，促进淋巴细胞尤其是T细胞的存活，骨髓B细胞发育以及细胞因子的产生。

细胞自噬是细胞饥饿或低氧等不良条件下的应激反应，是众多应激反应中第一个被描述的，可以说自噬形成了最古老的免疫防御。在真核细胞早期演化的活动中细胞自噬可能是保护细胞质免受外来生物侵入的重要途径，这种原始免疫功能进化的残余物可以观察到自噬能有效地去除线粒体。应对复杂的环境与脊椎动物的自身免疫系统疾病，自噬发挥了很多方面的作用，是一个真正的监管机制和免疫系统效应器。

1细胞自噬的有效机制

哺乳动物细胞中多个自噬途径(微小细胞自噬和分子伴侣介导的自噬)存在退化模式，只有巨自噬(以下简称为“自噬”)有明确的免疫作用。自噬溶酶体不像蛋白酶，降解泛素标记的短链蛋白，自噬可以去除大的蛋白质聚合物和整个细胞器，传递到溶酶体[1]。细胞自噬相关蛋白(Autophagy-related geneproduct,Atg)控制吞噬并把目标吞噬到双层囊泡中，称为自噬体，之后与溶酶体融合，从而形成一个单膜的自溶酶体。而这里的腔内容物消化再生返回给细胞质重新利用。

自噬起始时，活化的UNC-51-样激酶(ULK)(在酵母中称为Atg1)与Ⅲ型的磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)hVPS34、Beclin 1和Atg14一起，在内质网形成隔离膜[2,3]。hVPS34产生磷脂酰肌醇3-磷酸(PI3P)招募PI3P-结合效应因子WIPI-1和WIPI-2，有利于进一步形成隔离膜[1]。微管相关的轻链3(LC3)，产生两个蛋白共轭系统和自噬体原型标志，随后新生的自噬体被拉长。共轭结合物Atg-5-Atg-12结合Atg16L1形成E3样酶，有助于LC3与共轭脑磷脂(PE)形成LC3-PE(也简称为LC3-Ⅱ)。Atg5-Atg12-Atg16L1复合物也有利于定位第二共轭体系的隔离膜。LC3首先被Atg7激活，然后通过Atg3到内质网加工。之后LC3-Ⅱ可以插入隔离膜并促进其伸长成一个封闭双膜的自噬体。最后，自噬体融合晚期内体或溶酶体细胞器，以形成终端消化室[1,4]。

2先天免疫中的细胞自噬

在先天免疫中，自噬有助于模式识别受体下游的效应反应，继而促进吞噬作用和细胞因子的产生。

2.1自噬与模式识别受体模式识别受体(Pattern recognition receptor，PRR)是一组先天受体，其通过对外源微生物特定基序来确定检测入侵的病原体。这些基序被统称为病原体相关分子模式(Pathogen-associated molecular pattern，PAMP)，并且当他们结合同源PRR的同时也刺激了无数的效应反应[5]。Toll样受体(TLRs)是一组与PRRs紧密相连的自噬途径。在脂多糖(LPS)刺激后TLR4能够诱导小鼠巨噬细胞的自噬[6]。LPS刺激TLR4的结果表明，细胞自噬可以增加结核分枝杆菌细胞间隙[7]。自噬不仅充当TLR下游信号，而且在TLRs识别PAMPS中也发挥作用。Lee等[8]的研究表明，自噬能够在浆细胞样树突状细胞(pDCs)中为TLR7提供病毒配体，且能诱导感染水泡性口炎病毒和仙台病毒后的机体产生Ⅰ型干扰素。NOD样受体(NLRs)是一组先天受体，负责感应胞内细菌，代表第二类PRRS并且链接自噬。自噬也可以充当RIG样受体(RLRS)介导病毒检测的下游通路。Tormo等[9]人的结果表明，用dsRNA模拟聚肌苷胞苷酸，通过RLR MDA-5治疗，能够在黑色素细胞中诱导自噬，导致自噬依赖性细胞死亡。多个研究表明自噬负调控RLRS,自噬在通过PRRS感染的途径下，呈现出复杂的调节作用，在某些情况下，通过RLRS对病毒识别的处理，可有效调节和清除细胞内的细菌，但其功能上却以被动形式存在。

2.2自噬和细菌处理虽然自噬经典定义为无针对性大批量降解途径，自噬的形式却演变为具有选择性，如线粒体(线粒体自噬)，过氧化物酶(过氧化物自噬)和胞内细菌(异体吞噬)持续在细胞质中躲过了内吞途径。自噬是由称为P62(又称为SQSTM1)的中央接头器蛋白质介导，识别细菌的聚泛素，并且通过其LC3相互作用区(LIR)链接到LC3阳性吞噬泡，摄取胞内细菌[1,10]。通过这种方式，自噬体靶向定位胞内病原体李斯特菌。在这种细胞中，P62识别被多聚泛素标记的李斯特菌，反过来又结合LC3，在细菌表层形成多聚泛素-P62-LC3从而允许自噬体吞噬[10]。

自噬能促进B细胞融合，促进卡介苗空泡与溶酶体的融合，从而杀灭分枝杆菌[11]。结核分枝杆菌、沙门氏菌、幽门螺旋杆菌的吞噬体的相关研究证明，自噬是破坏胞内细菌的替代方法[12-15]。大多数细菌特异性自噬包括胞内细菌的捕获，同时也可以消除胞内细菌。Yuan等[16]的研究表明，假单胞菌属能诱导肺泡巨噬细胞株MH-S自噬。中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)是由外染色质构成的，通过中性粒细胞的释放，促进细胞死亡的过程，区别于细胞凋亡和坏死。Itakura等[17]对NET形成自噬的重要性进行了验证，表明自噬可诱发或抑制NET形成且是调节NET功能的重要因素。

2.3自噬和细胞因子自噬只有在细胞因子和免疫相关的细胞表面受体的调控下才能发挥作用，且在各种促炎性细胞因子的生物合成和分泌中也发挥积极作用。IFN-γ是一类强效的Th1类自噬诱导剂，而Th2细胞IL-4和IL-13对其具有抑制作用。LPS刺激ATG16L1缺陷型巨噬细胞，IL-1β和IL-18的分泌都增加[4]。多种细胞因子在自噬缺乏时分泌增加，Atg5fl/fl LysM-Cre重组小鼠感染结核分枝杆菌较野生小鼠，IL-1α、IL-12、IL-17和CXCL1分泌量增加[18]，TNF-α和IL-6的分泌亦受自噬的调控[19]。用3-MA抑制自噬或敲除beclin1基因和ATG7，从而促进巨噬细胞与DC分泌的IL-1α、IL-1β和IL-23，这反过来又增强了γδ T细胞的IL-17、IFN-γ和IL-22[20]。

3获得性免疫的自噬

3.1自噬与抗原呈递抗原提呈是指有效地参与并提供抗原到主要组织相容性复合体(MHC)分子的途径，往往需要细胞因子和细胞器之间复杂的相互作用。自噬在传统的MHCⅠ类途径中,通过高尔基体装载到MHCⅠ类分子的细胞表面并在表达之前进行抗原加工(TAP)，蛋白酶体加工相关的转运蛋白转成肽运到内质网(ER)。自噬涉及MHCⅠ类呈递的另一种途径,存在于树突细胞和巨噬细胞，称为交叉呈递。交叉呈递，MHCⅠ类分子通常会通过MHCⅡ类途径形成通路提供细胞外源抗原，从而诱导的CD4+T细胞免疫应答。通过这个机制CD8+T细胞可以对外源性抗原和吞噬成分进行免疫应答[21]。CD4+T细胞识别MHCⅡ类分子表达于专职抗原呈递细胞(APC)和上皮细胞上的抗原[22]。与通过蛋白酶体产生的内源性MHCⅠ类肽不同，外源抗原在胞质溶胶中的溶酶体内被溶酶体蛋白酶降解并在内质网中转运到MHCⅡ类隔室(MHCs)，装配载成MHCⅡ分子。溶酶体系统在MCHⅡ类分子中有突出作用，并联系着自噬的抗原递呈。自噬体输送物质到溶酶体，是胞内MHCⅡ类抗原的重要来源。最近研究报道DCs中从MHCs发出，形成自噬体样结构。这些结构同时参与抗原处理以及自噬体标志物LC3和Atg16L1的分子机制[23]。自噬的一种特殊形式细胞APCs，对特定抗原进行呈递时，自噬又进一步增加递送抗原的MHC分子的复杂性。

3.2T细胞中的自噬自噬可以通过影响细胞表位的呈现，从而影响随后的T细胞应答的性质与强度，因此认为自噬作用是T细胞活化的重要调节器。虽然较小细胞的胞浆有限，但T细胞也进行自噬和自噬基因的表达[24-26]。在小鼠和人的CD4+和CD8+T细胞进行低水平自噬，并且可以随着TCR刺激[24,26]和HIV感染[27]而在体外诱导。小鼠胸腺的皮质胸腺上皮细胞(cTECs)上已经观察到高水平的自噬，并表明自噬在T细胞的发育和选择上有作用[28]。基质中Thymi(胸腺嘧啶)缺失Atg5表现出特异性CD4+T细胞的多器官炎症，表明自噬在T细胞中具有选择性与中枢耐受性[28]，但观察到CD8+T细胞的选择性没有任何变化。一些遗传模型系统已经被用来研究体内自噬在T细胞中的特定角色，例如在Atg5-/-胎儿肝脏嵌合体，Atg7flox/flox Lck-Cre 和Vps34flox/flox CD4-Cre自噬缺陷小鼠中，T细胞在胸腺内正常发育[26,29-31]，但外周血中的T细胞失去自噬的效果更明显。在T细胞特异性缺失的Atg5-/-，ATG7-/-，ATG3-/-和VPS34-/-小鼠脾脏和淋巴结中T细胞数减少，与此同时观察到Atg5-/-，ATG7-/-和VPS34-/-细胞凋亡水平的增加，激活后T细胞也不能有效地增殖[25，26,29-31]。这些缺陷的出现来源于自噬缺陷的T细胞调节细胞器质量的控制。最近发现自噬能够调节T细胞的能量代谢，T细胞活化中溶酶体抑制剂阻断自噬，抑制ATP的增加。胸腺早期发展的iNKT(阶段0)，小鼠的特异性缺失VPS34的T细胞表现出阻断作用[31]。同样的研究也报道了自噬在FOXP3+Treg细胞稳态和功能上起至关重要的作用，表明自噬的影响力在T细胞生物学中延伸到多个方向。

3.3B细胞的自噬Miller等[32]采用Atg5-/-Rag-/-小鼠和特异性Atg5vB细胞缺失小鼠进行实验，结果发现自噬缺陷B祖细胞无法在骨髓B祖细胞和前B细胞之间过渡，表明自噬是B细胞发育的必要条件。与T细胞相同，当自噬受到周围环境的影响，B细胞也随之受到严重影响。而缺失Atg5的B细胞小鼠表现为B-1a中的B细胞动态平衡[32,33]。体外LPS刺激缺陷型Atg5的B细胞能有效地分化成浆细胞(PCs)，表现出正常的增殖、细胞肿大和CD138的表达。

4结语

现在我们知道，自体吞噬与免疫系统有很重要的联系，并且免疫系统的许多方面依赖于自噬的调控和一些效应功能的介导。先天免疫系统最为明显，并且自噬在固有免疫和适应性免疫中抗原加工和呈递途径上起支点作用。但对于MHCⅠ类的自噬不是很清楚。在适应性免疫中，自噬是淋巴细胞体内平衡必不可少的。相比其他免疫细胞，自噬可应对ROS的水平增加；或者在免疫细胞中，自噬相关的细胞器具有相对宽泛的动态平衡。在淋巴细胞感染反应中，我们队B细胞的自噬进行了描述，而对于T细胞的自噬仍然缺乏了解。在B细胞中，我们在淋巴细胞感染反应中开始描述自噬的作用，而对于T细胞的自噬仍然缺乏了解。T细胞会以何种自噬途径降解方式来应对抗原？ T细胞利用自噬蛋白的新作用仍然未被发现。通过操纵自噬以便有效地调节先天免疫系统的能力，表明在适应性免疫设定中针对自噬可能会在疫苗接种和老化领域上产生巨大的作用。

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[收稿2014-10-09修回2014-11-06]

(编辑倪鹏)