细胞自噬及其在危重病发展进程中的作用

林雪容 赵自刚 李福龙 牛春雨

(河北北方学院微循环研究所，河北 张家口 075000)

细胞自噬涉及溶酶体降解和细胞质成分的回收，是近年来发现的细胞程序性死亡(PCD)途径的重要介质。与PCD相似，自噬一方面能清除衰老细胞、肿瘤细胞，发挥积极的保护作用，故自噬功能低下可能参与了癌症、神经退行性病变等发病过程〔1,2〕；另一方面，过度的细胞自噬则是导致细胞死亡、组织坏死、器官损伤的重要因素〔3～5〕。严重创伤、失血、大手术、感染、缺血再灌注等引起休克、脓毒症，影响着患者的预后。在这一过程中，细胞过度死亡或功能障碍是其重要的发病学基础；由于细胞自噬特殊的病理生理意义〔6〕，细胞自噬在危重病发展进程中作用值得关注。本文探讨细胞自噬在危重病发展中的病理生理作用。

1 细胞自噬

1.1自噬的基本过程 在自噬过程中，涉及细胞质蛋白、细胞器或病原体的膜泡封存，导致双膜小泡的形成，称为自噬体；随后，融合了溶酶体的自噬体形成自噬溶酶体，其中捕获的材料与内膜一起被降解〔2〕。自噬引起细胞的形态学特征表现为空泡、胞质内容物退化和小染色质浓缩〔7〕。一般来说，从形态学上，自噬可分为4个阶段〔5,8〕。①初始阶段：在饥饿、氧化应激、缺血缺氧等病理状态时，可激活Ⅰ类和Ⅲ类磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)诱导自噬；②自噬体的形成阶段：在自噬相关蛋白Beclin1基因〔也称为自噬相关基因(ATG)〕12/ATG5和ATG8泛素化系统的参与下，将自噬体相关蛋白——微管相关蛋白1轻链(LC)3转变成 LC-Ⅱ并与ATG12-ATG5-ATG16C在自噬体膜表面结合，形成自噬体〔9〕；③自噬体的运输阶段：将自体自噬体运送至溶酶体的过程，但具体机制还不十分清楚；④自噬体的裂解阶段：运输至溶酶体的自噬体，在小G蛋白Rab7三磷酸鸟苷(GTP)酶及溶酶体相关膜蛋白(LMAP)1/2的诱导下，自噬体与溶酶体结合形成自噬溶酶体，进而在溶酶体酶的作用下将其中捕获的材料与内膜一起被降解，随后供机体再回收、再利用〔10〕。

1.2自噬的检测方法 自噬体第一次是在电镜下被检测到的，因此，检测自噬的金标准是通过透射电镜发现膜状结构的自噬体及其他相关亚细胞结构，如自噬小体、自噬溶酶体、自噬内涵体等〔11～13〕。但受实验方法学的影响，与凋亡小体类似，已经发生自噬的细胞在透射电镜下不一定能准确发现其相关的结构变化。目前，文献最常用的方法是蛋白印迹技术检测自噬标志物LC3的转换(LC3-Ⅱ/LC3-I)及荧光显微镜检测LC3点状聚集物的形成情况；由于LC3本身也最终经溶酶体降解，因此在检测LC3时，往往需要结合一些溶酶体抑制剂联合检测〔11,12,14〕。

1.3自噬的引发因素 低基础水平的自噬发生在所有的细胞和内环境稳态中；当细胞需要摆脱细胞质成分的损坏或消除由于氧化应激、感染、缺血-再灌注等因素引起自身受损的细胞器(如线粒体)，自噬迅速上调；而营养状况、激素(包括性激素)水平、温度、氧分压和细胞密度等因素均对调节细胞自噬发挥重要的作用〔2〕。因此，细胞自噬既是致病因素导致疾病发生过程中的一个现象，又是致病因素引起疾病的一个推进因素，自噬水平的高低对其发展发挥着重要作用。

1.4自噬的调节 自噬是一个复杂的信号网络相互作用的结果，各种刺激信号均可以调控哺乳动物的细胞自噬〔15,16〕。雷帕霉素靶位(TOR)是丝氨酸/苏氨酸激酶，通过整合Ⅰ型PI3K和氨基酸依赖性信号传导途径调节自噬；蛋白激酶(PK)B是小G蛋白Ras家庭富集在脑的同源蛋白(RHEB)GTP酶，其磷酸化可抑制结节性硬化症(TSC)1～2，激活TOR，抑制自噬；激活胰岛素受体可刺激Ⅰ型PI3K和小GTP酶Ras复合体，从而激活了PI3K-PKB-TOR途径；氨基酸通过抑制Raf-1-丝裂原活化细胞外调节激酶(MEK)1/2-细胞外信号调节激酶(ERK)1/2的信号级联，抑制自噬；能量耗尽会导致AMP活化蛋白激酶(AMPK)磷酸化，激活肝细胞激酶(LK)B1或TSC相关基因TSC1产物TSC1-TSC2，使TOR失活，激活自噬；p70 S6激酶作为TOR的底物，可反馈调节TOR的活动，确保自噬的基础水平，这对于内环境的稳态十分重要；c-Jun氨基末端激酶(JNK)1和死亡相关蛋白激酶(DAPK)磷酸化和扰乱抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-XL的饥饿，与ATG有关，这都会导致的Beclin 1相关Ⅲ型PI3K复合体和自噬的激活〔16〕。内源性非编码小RNA(miRNA)分子，在参与细胞生长发育的同时，多数可通过抑制细胞自噬形成过程的不同阶段，抑制细胞自噬，参与细胞自噬的调节〔17～19〕。此外，泛素样蛋白系统也参与细胞自噬的调控。

2 细胞自噬在危重病发展进程中的病理生理作用——双刃剑

2.1细胞自噬的保护作用 自噬的促存活作用已在细胞、组织水平的不同背景下被证实了，这包括缺血再灌注、微生物感染引起的脓毒症等多种病理过程。研究〔20〕发现，在盲肠结扎穿孔(CLP)导致小鼠肺、肝、肾等器官损伤的同时，引起了炎症因子肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-6释放增多、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值抬高，提示自噬增多；青藤碱盐酸盐(SIN-HCl)降低了CLP诱导的器官损伤与功能障碍，降低了炎症因子释放，但增加了肝、肺、肾组织细胞的LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ表达；进一步应用腹腔巨噬细胞(PM)的研究显示，SIN-HCl降低了脂多糖(LPS)引起的TNF-α、IL-6释放增多，进一步增加了PM中自噬体的数量；细胞自噬与CLP引起的器官损伤有关，SIN-HCl降低CLP导致细胞损伤的机制是部分通过增加细胞自噬实现的。Yan等〔21〕研究发现，长期慢性心肌缺血(30%动脉狭窄)再灌注后，心肌细胞自噬增加，反映在与自噬相关的蛋白高表达，如组织蛋白酶D、组织蛋白酶B、热休克同源蛋白(Hsc)73、Beclin1及LC3；同时，在6次缺血再灌注后的心肌细胞凋亡减少，研究提示心肌细胞通过自噬的作用来抑制细胞凋亡，从而减少心肌毒性作用。这些研究表明，一定程度上增加的细胞自噬对危重状态下的组织、器官具有一定的保护作用。

2.2细胞自噬的损伤作用 目前，研究〔22～25〕发现细胞自噬参与了多种因素引起的组织损伤。在一个70%缺血的肝缺血再灌注模型上，在再灌注后的4、8、16 h均出现了反映肝功能的血清生化指标异常及肝组织学损伤，细胞凋亡与自噬增加；不同剂量的丙酮酸乙酯则不同程度地减轻了肝损伤，降低了Bax与LC3表达，抑制了肝细胞细胞凋亡与自噬，其作用机制与抑制高迁移率族蛋白(HMG)B1/Toll样受体(TLR)4/核转录因子(NF)-κB通路及降低炎症因子TNF-α和IL-6的释放有关〔22〕。在同样的模型上，Wang等〔23〕发现，N-乙酰半胱氨酸(NAC)治疗能够降低肝损伤，下调Beclin1与LC3表达，降低JNK、p-JNK、Bax、TNF-α、NF-κB、IL-2、IL-6的表达水平，提示NAC抑制细胞凋亡与自噬作用是通过下调JNK信号实现的。在失血性休克液体复苏后引起肝脏缺血再灌注损伤的模型上发现，氧化应激引起的半胱天冬蛋白酶(Caspase)1活化通过上调自噬启动蛋白Beclin1表达增加自噬，从而引起肝细胞的炎症反应与损伤〔24〕。在细胞水平上，Xu等〔25〕研究发现，LPS处理可诱导巨噬细胞的自噬增加，应用小干扰RNA(siRNA)抑制Beclin1基因表达，使用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤或PI3K抑制剂渥曼青霉素，均可抑制LPS引起的自噬增加。这些研究表明，过度的细胞自噬是严重致病因素引起组织细胞损伤的重要机制。

综上，多种因素均可诱导细胞自噬，多条信号通路参与了细胞自噬的调控；细胞自噬在危重病发展的不同阶段具有不同的作用，以调控自噬为靶点，对于减轻组织细胞损伤具有一定的意义，这也可能成为将来防治危重病的一个新的研究方向。目前，对于创伤失血性休克的救治，不论是在临床工作中还是在实验室研究中，液体复苏均为首选措施，不同液体复苏方式也产生了不同的效果，如果以细胞自噬为关注点，探讨不同液体复苏方式对于休克的治疗效果，也是今后的研究重点。

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