自噬在器官移植免疫耐受研究中的进展

王绕绕，宋红丽（.天津医科大学一中心临床学院，天津 300070；.天津市第一中心医院器官移植中心；天津市器官移植重点实验室，天津 3009）

1 引 言

器官移植是终末期器官衰竭主要的治疗手段。除了器官短缺外，免疫排斥也是器官移植最大的障碍。免疫抑制剂虽然可以有效抑制急、慢性排斥反应，显著改善移植物的生存质量，但长期乃至终身应用免疫抑制剂可引起严重的不良反应，增加机会性感染和癌症等的发生风险。因此，器官移植后最理想的措施是针对供体移植物建立稳定的特异性免疫耐受[1]，以减少免疫抑制剂的使用剂量[2-4]。近年来，许多研究发现自噬与免疫功能有关，如胞内抗原的降解、细胞因子的分泌、淋巴细胞的稳态平衡和抗原的递呈等[5-7]。因此，本文就自噬与器官移植免疫耐受之间的关系作一综述，以期进一步认识自噬在器官移植中可能存在的潜在治疗价值。

2 自噬概述

自噬是真核生物依赖溶酶体途径降解过多或异常胞质成分、细胞器等的一种重要代谢途径。在各种生理和病理应激条件下（如缺乏营养、氧化应激、缺血/再灌注损伤和病原体入侵），自噬对维持细胞功能具有十分重要的意义。自噬功能障碍将导致细胞内积聚异常或受损的细胞器，严重影响细胞内环境的稳定[8]。研究表明，自噬与糖尿病、自身免疫性疾病、癌症、神经变性性疾病、癌症感染、抗原递呈及免疫耐受等有关[9]。

根据底物转运到溶酶体途径的不同，自噬可分为巨自噬、分子伴侣介导的自噬和微自噬，以巨自噬的研究最为普遍[10]。以下所述的自噬主要是指巨自噬。自噬的形成过程可分为：诱导阶段、起始阶段（细胞器的双层膜结构在待降解物质的周围包绕形成分离膜）、延长阶段（分离膜继续弯曲延长，并完全包绕细胞质，形成完整双层膜结构的自噬体）和成熟降解阶段（自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体）[11]。

溶酶体释放自噬降解的成分，供新陈代谢和生物合成循环再利用。基础水平的自噬通过清除受损的细胞成分，加强细胞内的质量控制，对蛋白质和细胞器的回收利用起到重要作用。饥饿和应激诱导的自噬可回收胞内成分以维持线粒体的代谢功能和能量平衡[12]。

自噬的功能主要由自噬相关基因（ATG）编码的蛋白完成[13]。自噬的分子机制较为复杂，涉及30 多种 ATG[10]，自噬受基因严密地调控[11]。自噬过程可被哺乳动物细胞内的雷帕霉素靶蛋白（mTOR）、单磷酸腺苷活化蛋白酶（AMPK）和缺氧诱导因子（HIF）通路调控[12]。其中，mTOR是细胞内能量和营养状态的重要感受器，属于大分子mTOR复合物，可抑制自噬的发生，可负性调控自噬。在饥饿条件下，mTOR通路被抑制，是强有力的自噬诱导因素[10]。

检测自噬的常用方法包括：① 电子显微镜：最经典、最直接[14]；② 免疫印迹法、免疫荧光法：微管相关蛋白1轻链3（LC3）是酵母ATG8在哺乳动物中的同系物，是唯一已报道的参与自噬体膜形成的特异性哺乳动物蛋白质，可作为自噬体的标记蛋白[14-15]；③ 自噬潮的监测：自噬潮是自噬的完整过程，可用于分析自噬的形成过程。使用溶酶体蛋白水解酶抑制剂（如氯喹、洛霉素或亮抑酶肽）检测自噬体内LC3 Ⅱ在溶酶体中降解是评估自噬潮的最佳方法[14，16]。

3 自噬与移植免疫耐受

移植免疫耐受是指移植后一系列免疫调节事件诱导的受体对移植物的免疫无应答状态[16]。诱导免疫耐受仍是器官移植领域中的一个巨大挑战，至今仍未完全阐明。现已发现多种机制能够诱导免疫耐受，包括抗原递呈细胞诱导的抗原特异性T细胞的免疫无能、生成调节性T细胞抑制记忆细胞产生反应、克隆无能、克隆清除、T细胞耗竭等。这些机制并不互相排斥，多种方式共同发挥作用[16-18]。此外，可溶性的主要组织相容性复合体（MHC）相关分子、Fas蛋白、来源于供体的白细胞和造血嵌合现象均参与免疫耐受[20-21]。研究表明，自噬可参与移植免疫耐受的多个环节。

3.1 自噬与T细胞耐受：T细胞是适应性免疫反应的重要组分。T细胞激活需要3种信号：信号1是T细胞受体（TCR）与MHC-抗原肽结合；信号2是抗原递呈细胞表面的共刺激/共抑制分子与T细胞上对应的受体结合；信号3由细胞因子介导，如白细胞介素-2（IL-2），能够促进T细胞增殖[22]。

T细胞耐受的主要机制是胸腺中自身反应性T细胞的清除，此过程称为中枢耐受的诱导。低亲和力结合自身肽-MHC复合物的T细胞会导致自发性凋亡，因此在胸腺内死亡。高亲和力结合自身肽-MHC复合物的T细胞，也会发生凋亡（阴性选择）或转变为调节性细胞类型。一些自身反应性淋巴细胞离开胸腺，进入外周后变为成熟T细胞，参与T细胞耐受[23]。T细胞耗竭导致多功能的记忆性T细胞消耗，这有助于克隆清除[24]。参与以上过程的机制之一可能是自身抗原递呈细胞低表达共刺激分子，使自身反应性淋巴细胞清除或无效激活[23]。

研究表明，自噬能够参与CD4+T细胞的阳性和阴性选择。自噬在自身抗原的中枢和外周耐受方面发挥着重要作用，如阻断自噬过程可引发免疫性疾病。在胸腺上皮细胞中，自噬可运输抗原递呈给MHC Ⅱ，大量自噬体与MHC Ⅱ负载的囊泡融合，胸腺上皮细胞中自噬介导的抗原处理参与自身MHC限制性和自身耐受性CD4+T细胞的生成，允许递呈自身抗原用于CD4+T细胞的阳性和阴性选择[25]。在外周组织中，ATG刺激经典的自噬作用，可清除释放自身抗原并诱发免疫反应的凋亡细胞[23，24-27]。与此一致，在稳定状态下，绿色荧光蛋白标记的LC3转基因小鼠的胸腺上皮细胞中可观察到大量自噬体[28]。而且，相对于大鼠龄鼠，小鼠龄鼠的胸腺上皮细胞中可发现更多的自噬体。这说明在幼年时T细胞的选择和CD4+T细胞中枢耐受的诱导更活跃[29]。

Verghese等[30]检测了小鼠心脏移植模型中自噬关键蛋白Beclin-1的作用。供体特异性输血联合抗CD154单克隆抗体输注诱导的移植物能够长期存活，这与淋巴细胞表达纯合的Beclin-1有关。通过过继性转移给同种异体供者后，自噬缺陷即Beclin-1杂合的效应T细胞具有高复制、低死亡和γ-干扰素（IFN-γ）分泌增加的特点。此研究表明，耐受诱导中Beclin-1对促进效应T细胞死亡十分必要。

3.2 自噬与抗原递呈细胞：树突状细胞（DCs）是体内功能最强的专职抗原递呈细胞，可将供体的抗原递呈给受体T细胞。成熟与不成熟DCs介导功能不同的T细胞反应。许多不同的动物移植模型研究表明不成熟DCs可诱导免疫耐受[4]。此外，有研究发现，未成熟的DCs自噬现象较为活跃[31]，可参与诱导外周耐受[32]。

源于供体的同种反应性T细胞可袭击健康组织，引起多器官疾病被称为移植物抗宿主病（GVHD）[33]。研究表明 DCs内的 Atg16L1可防止其高反应性。而Atg16L1为自噬相关基因，其可调控自噬的细胞降解过程。如果Atg16L1不足将导致鼠移植模型GVHD加重，呈现出DCs数量增加和共刺激分子表达引起的T细胞增殖。DCs内的自噬功能减弱与溶酶体异常和A20 （一种DCs激活的负调节蛋白）数量的减少有关[33]。

此外，胸腺上皮细胞和胸腺、外周的专职和非专职抗原递呈细胞可通过自噬作用直接将自身抗原递呈给MHC Ⅱ类分子，促进CD4+T细胞的中枢和外周免疫耐受[23]。

3.3 自噬与免疫抑制剂：mTOR抑制剂（西罗莫司和依维莫司）因能抑制T细胞的增殖，已作为免疫抑制剂应用于临床。然而，抑制mTOR信号通路也可诱导自噬[34]。西罗莫司可阻断T细胞激活、抑制DCs成熟，进而诱导免疫耐受[4]。研究表明，西罗莫司与共刺激阻断剂联合应用具有较好的协同作用，以支持外周免疫耐受[34]。

此外，西罗莫司可诱导CD4+CD25+Foxp3+和CD8+CD25+Foxp3+T细胞的表达，并可增加白细胞介素-10（IL-10）的分泌从而诱导同种反应性T细胞无能[34]。然而，目前关于临床移植中mTOR抑制剂的治疗效果或不良反应与其诱导自噬之间关系的研究报道很少，有待进一步研究证实[26，36]。

其他免疫抑制剂如利妥昔单抗对自噬也有潜在影响，但它们对免疫细胞作用的确切作用机制及功能尚未阐明[36]。

4 总 结

自噬是真核生物依赖溶酶体途径降解物质的一种保守的生物学过程，参与多种疾病的发生，是细胞维持自稳态的重要机制之一。自噬参与固有和适应性免疫的多种过程，与器官移植免疫耐受具有潜在相关性。我们期望利用自噬功能，为器官移植领域的移植免疫耐受提供一些新思路，减少受者使用免疫抑制剂的剂量，减少长期使用免疫抑制剂带来的经济负担及诸多不良反应，提高受者生存质量。由于如何精细及何时调控自噬过程仍未完全阐明，且体内缺乏自噬活动的特异性生物标记物。因此，自噬的临床试验仍然受限，自噬的具体机制及调控过程仍有待进一步研究。