自噬与炎症的关系及其在眼科疾病中的相关研究进展

杜军辉 李蓉 马楼艳 侯鹏飞

·综述与讲座·

自噬与炎症的关系及其在眼科疾病中的相关研究进展

杜军辉 李蓉 马楼艳 侯鹏飞

作为普遍存在于真核生物细胞内的一种机制，细胞自噬能对内环境稳定进行自我维持，且在生长、发育、细胞自我保护等多种生理活动中发挥着重要的作用。而炎症反应的发生在很大程度上与细胞自噬有着密切关系。文章主要对自噬与炎症的相关作用进行综述，并对自噬与炎症在眼科疾病中的研究进行了分析，为临床上相关疾病的研究提供新的思路。

细胞自噬；炎症；炎性小体；Toll样受体

[J Clin Ophthalmol,2017,25:91]

自噬有广义和狭义之分，广义主要涉及小自噬、大自噬、非典型自噬、分子伴侣介导的自噬。而狭义则是指大自噬。本文所指为大自噬(以下简称自噬)。自噬是一种普遍存在于真核生物中的溶酶体降解途径。相较于其他的胞内降解途径，自噬存在明显的差异性，能对损伤细胞器、毒性蛋白聚合物等产物进行捕获并降解[1]。当前，越来越多的研究认为，机体免疫与自噬有着密切的关系[2]。本文对自噬与炎症的相关作用和机制研究进展进行综述，以期对炎症引发疾病的防治提供新思路。

一、自噬与炎症之间的关系

1.自噬与I型干扰素信号通路：单链RNA病毒能经由维A酸诱导基因Ⅰ样受体进行识别，且能通过对蛋白干扰素β启动子刺激蛋白1，而抗病毒细胞因子Ⅰ型干扰素的生成便是关键性诱发因素[3]。大量功能失调的线粒体聚集在自噬缺乏的细胞内，会增加活性氧含量，致使维A酸诱导基因Ⅰ样受体信号增强[4]。从这个意义上来说，自噬可能经由对受损的线粒体进行清除，从而促使活性氧水平降低，并对维A酸诱导基因Ⅰ样受体介导的Ⅰ型干扰素的生成进行负性调节。此外，自噬蛋白ATG9A还能对STING的激活进行负性调节。STING是一种跨膜蛋白，是刺激性DNA激活Ⅰ型干扰素及促炎性因子产物必须具备的。一旦受到双链DNA的刺激，会促使自噬蛋白LC3充分结合STING，从而造成ATG9A缺乏，引发过度炎性反应[5]。此外，自噬衔接蛋白PUBICON绑定到CARD9后，会对黏膜相关淋巴组织淋巴瘤转运蛋白1(CARD9-BCL-10-MALT1)的形成产生一定的抑制作用，进一步导致RIG-1的下游验证信号终止[6]。

2.自噬与Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)：固有免疫细胞中存在模式识别受体，能对病原微生物的病原相关分子模式及细胞受损后释放的损伤相关分子模式进行识别，从而对固有免疫进行激活，快速反应出病原体入侵或损伤等危险信号，从而引发炎性反应及修复过程[7]。但是，该途径引发的过度炎症应答，会致使机体出现自身免疫性疾病或系统性炎症反应。此外，Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)是一种经典的模式识别受体。有研究认为，自噬与TLR关系密切，自噬会受到TLR信号的诱导，且能对免疫应答造成影响，并能对炎症反应进行抑制[8]。而且，自噬能经由对消化细胞内的微生物进行直接消化，来实现对免疫的调节，且能经由对线粒体完整性的控制，或者对聚集的炎性信号蛋白进行选择性清除，来对炎性反应进行负性调节[9]。

3.自噬与炎性小体：炎性小体为多蛋白复合物，能对caspase-1进行激活，促使IL-1β、IL-18等IL-1家族的重要促炎性介质成熟和释放[10]。细胞内感受器Nod样受体为炎性小体的核心组成部分，能对微生物及损伤等危险信号进行识别。当前，在人类中发现的感受器Nod样受体有23个，小鼠中发现的有34个，且多数能参与到炎性小体的形成中[11]。主要包括核苷酸结合寡聚化结构域，富含亮氨酸重复序列及含pyrin结构域蛋白(NLRP)1、NLRP3，以及含感受器Nod样受体家族半胱天冬酶募集结构域蛋白4(NLRC4)、NLRP6、NLRP12，均能对不同内源性及外源性的危险刺激进行识别，且能对caspase-1进行激活[12]。有研究认为，自噬能对炎性小体的激活进行负性调节[13]。此外，在未出现微生物感染的无菌条件下，自噬还能对胞浆内潜在的内源性炎性小体激动剂进行清除[14]。而且，自噬还能经由对炎性小体成分的直接降解，达到对过度炎性小体活性下调的作用[15]。巨噬细胞内激活的NLRP3或AIM2炎性小体会诱导自噬体的形成，且这一过程并不依赖于caspase-1，而是依赖于炎性小体感受器。通过对自噬进行抑制，会促使炎性小体活性增强。相反，促进自噬，能对炎性小体活性进行抑制。这一过程的具体作用机制为炎性小体的衔接蛋白ASC经由K63-泛素化，并结合到p62上，从而运送炎性小体到自噬体，并实施降解[16]。

4.自噬与炎性因子IL-1a：IL-1α、IL-1β均为先合成前体，再通过钙蛋白酶或其他蛋白酶加工，被主动分泌或在细胞死亡后被动释放[17]。caspase-1依赖与非caspase-1为IL-1α常见激活及释放方式[18]。自噬基因缺乏的巨噬细胞在对结核分枝杆菌感染进行应对时，极易促使IL-1α分泌含量增加。这一机制主要是自噬缺乏的细胞内聚集的去极化线粒体，会增加活性氧的释放，从而促使蛋白酶加工IL-1α前体，增加炎性因子IL-1α的释放含量，这会加重被结核杆菌感染小鼠的肺组织损伤[19]。

5.自噬对促炎性信号分子的降解作用：T细胞受体-NF-kB信号通路的重要介质是衔接蛋白Bcl 10[20]。有研究认为，T细胞受体的激活，会导致Bcl 10出现K63多聚泛素化，且能结合自噬受体p62，经由自噬得到选择性降解，而一旦对自噬进行抑制，会致使T细胞受体激活后NF-kB释放增加[21]。高尔基膜融合关键因子P47能对过度激活的NF-kB信号进行阻断。一旦受到IL-1或TNF-α的刺激，会充分结合IKK复合物的NEMO亚基，从而对IKK的激活产生一定的抑制作用。这一作用的发生机制在于，p47与多聚泛素化的NEMO进行充分结合，且会引发NEMO被自噬溶酶体所降解。而对p47的活性进行抑制，能减少自噬降解NEMO，增加IKK活性，提升NF-kB释放含量，提升促炎性因子含量[22]。

6.自噬对适应性免疫产生的过度炎症的调控作用：自噬不仅能对固有免疫应答产生的过度炎症进行调节，还能调控适应性免疫中产生的过度炎症[23]。比如，在辅助性T细胞17的免疫应答中，自噬能对其免疫应答产生影响。辅助性T细胞17是一种T细胞亚群，能对白介素17进行分泌，可对风湿性关节炎、银屑病等多种自身免疫性疾病进行介导[24]。有研究实施动物实验，结果显示，一旦自噬缺乏的小鼠出现结核杆菌感染，会致使其肺部白介素17、IL-1α表达增加，且能提升伴有中性粒细胞浸润，显示存在辅助性T细胞17免疫应答的激活[25]。

二、自噬与炎症在眼科疾病中的相关研究

近年来，自噬在眼科疾病的研究中逐渐受到学者的重视。其中，自噬在与炎症有关的眼科疾病中起到重要作用。以往研究发现，在不同疾病状况下，自噬对炎症反应的调节存在双重性[26]：一方面，自噬能经由对堆积蛋白的清除，及对线粒体稳态的保持，对炎症反应进行抵抗。另一方面，自噬能促使促炎因子表达增加。自噬适度，能对致病原进行清除，对细胞活性进行维持，从而促使机体处于稳定状态。而自噬过低，会降低细胞生存能力，部分未能及时进行清除的细胞内错误折叠蛋白不仅能导致患者细胞内质网应激反应更为剧烈，还可能致使炎症进程加重。而自噬过度活化，会致使大量实质细胞非正常死亡，对组织结构造成破坏，从而丧失器官功能，危及生命[27]。自噬调节炎症的双重性可能是与实验动物种属不同、介导分子机制不同、模型建立不同等因素有关[28]。因此，自噬在炎症反应中到底起到促炎作用还是抑制炎症的作用，需要在不同疾病模型中分别进行研究。所以，对自噬活性状态进行充分了解，从而在自噬发生的适当时期，采取恰当的治疗，就有着重要意义。

一项利用白介素-1(IL-1)诱导小鼠泪腺炎症的研究显示[29]，泪腺腺泡细胞通过凋亡和自噬的方式丢失，在泪腺中注射IL-1后1-3 d会导致泪液产生减少、泪腺炎症、刺激蛋白分泌减少，细胞死亡增加以及间充质干细胞的募集。泪腺细胞丧失极性，胞浆中的分泌颗粒减少，取而代之的是自噬泡等空泡。在腺体内检测到溶酶体蛋白 LAMP-1和自噬标记物MAP LC3明显增结果表明，炎症激活了泪腺细胞自噬，自噬可能在泪腺炎发病机制中起到作用。但是，关于细胞自噬在泪腺炎症中发挥的具体作用，是否抑制自噬可以延缓或抑制泪腺的修复尚需进一步研究。

在眼部新生血管生成方面的研究发现，炎症因子TNF-α可以上调RF/6A细胞的自噬蛋白表达，提高细胞的增殖能力，促进细胞迁移以及细胞管腔形成能力，而这些作用可被自噬抑制剂减弱。研究结果表明炎症因子TNF-α可能通过激活细胞自噬而参与了新生血管的形成。该实验结果提示，TNF-α 介导的自噬在血管生成中发挥了重要作用，通过影响自噬水平可以调节血管生成的程度，这可能是TNF-α参与、促进视网膜新生血管生成一种新的机制[30]。此外，还有研究发现，高糖能够激活RF/6A细胞自噬，通过抑制自噬能够显著抑制RF/6A细胞迁移和管腔形成，提示高糖诱导的细胞自噬可能参与了糖尿病视网膜病变视网膜新生血管的形成[31]。自噬可能在眼部新生血管形成中发挥作用。

AMD是一种老年人中心视力丧失的主要原因，黄斑部RPE细胞变性是AMD最重要的标志。近年来，有多项研究发现，免疫炎症反应，主要包括多种炎性细胞因子的生成、补体途径以及炎症小体的形成等，均参与了干性AMD的病理过程[32]。NLRP3(NACHT，LRR and PYD domains-containing protein 3)是一种模式识别受体，能诱导炎症小体的形成，参与炎症反应[33]。有学者在临床研究中发现干性AMD患者的视网膜组织NLRP3染色阳性，证实了NLRP3参与的炎症反应在干性AMD发病中起到作用[34]。此外，在巨噬细胞中发现，自噬可通过降解炎症小体的组成成分，从而抑制NLRP3炎症小体的激活，减轻炎症反应。根据以上研究结果，有学者提出，在干性AMD中，RPE细胞受损、氧化应激等因素能促进炎症反应，而RPE细胞中自噬的减少可能进一步加剧这一反应，促进干性AMD病变的发展[35，36]。RPE与多数其他细胞一样，保持着基本的自噬水平以维持细胞稳态，并随者年龄和疾病发生变化。多数研究证实，在RPE细胞中有自噬蛋白的强表达[37-40]。在AMD相关的应激环境如缺氧、氧化应激、非折叠蛋白反应或炎症中，自噬被激活[41，42]。在RPE变性和AMD中，当与活性氧自由基(ROS)产生增加和蛋白质聚集增多同时相伴随的自噬能力下降时，它可激活炎症小体，导致视网膜细胞内的低水平的炎症，这可加速衰老过程[43，44]。

此外，在沙眼研究中发现，γ干扰素是一种重要的抗沙眼衣原体感染的细胞因子，其机制与γ干扰素能够激活细胞自噬有关，自噬可以通过促进JAK-STAT信号转导通路的激活加强细胞内沙眼衣原体的清除[45]。在Graves’眼病(GO)的研究中发现，GO组织和细胞中的自噬水平明显高于非GO 组织和细胞，细胞中的自噬泡更加丰富，自噬相关基因表达更强，且炎性因子IL-1β增加了GO细胞中自噬标记物LC3-II，p62和Atg7的蛋白表达水平。研究提示自噬可能参与GO的病理机制，调控自噬有望成为一种GO的治疗方法[46]。

三、展望

近年来，自噬研究成为生物学领域的研究热点，自噬在衰老、肿瘤、炎症、神经退行性疾病中起到重要作用。炎症与自噬之间有着密切的关系，其机制涵盖多个方面，并且在眼科疾病中起到重要作用，目前自噬在眼科的相关研究较少，但是，我们相信随着自噬研究的进一步深入，越来越多的眼科学者会关注自噬研究，必将促进自噬在眼科疾病研究中的进一步发展。

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(收稿：2016-07-01)

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Roles of autophagy in inflammation and eye disorders

DuJunhui,LiRong,MaLouyan,HouPengfei.DepartmentofOphthalmology,Xi'anNinthHospital,Xi'an,Shaanxi710054;DepartmentofOphthalmology,TheAffiliatedHospitalofXi'anMedicalUniversity,Xi'an,Shaanxi710077,China

As a mechanism that widely exists in eukaryotic cells, autophagy sustains a stable internal cellular environment and plays an important role in many physiological activities such as growth, development and self-protection. The inflammatory reaction has close relationship with cell autophagy. This paper reviewed the association of autophagy with inflammation, and analyzed the researches on autophagy and inflammation in eye disorders, to provide a renewed view for further clinical researches on related diseases.

Cell autophagy; Inflammation; Inflammasome; Toll-like receptors

10.3969/j.issn.1006-8422.2017.01.029

西安市社会发展引导计划-医学研究项目(No.SF1508(3))；陕西省自然科学基础研究计划—面上项目(No.2016JM8018)；国家自然科学基金青年项目(No.81500726)。

710054 西安市第九医院眼科(杜军辉、马楼艳、侯鹏飞)；西安医学院第一附属医院眼科(李蓉)

李蓉(Email:rechlrong198222@163.com)

[临床眼科杂志，2017，25：91]