自噬在再生障碍性贫血发病机制中的作用

张云 方香玉 罗萍 黄禾 冷平

成都中医药大学医学技术学院（成都 611137）

自噬是一种细胞通过囊泡吞噬自身胞浆蛋白或细胞器形成自噬体，并与溶酶融合形成自噬溶酶体，降解包吞的内容物成为氨基酸等基础物质的过程。细胞在饥饿、缺血缺氧，或胞浆中出现变性的蛋白、衰老损伤的细胞器、活性氧（ROS）的累积时，都可诱导自噬的发生，通过降解包吞的内容物，并加以消化回收，从而实现细胞的自我调节和胞内物质的循环利用［1］。自噬作为近年来的研究热点，现有的研究发现，自噬会参与细胞的发育、饥饿适应、胞内质量控制、肿瘤抑制、衰老、先天免疫等过程。当细胞的自噬发生异常时，其生长代谢会因为胞内代谢废物的累积而发生紊乱，从而引发各种急性或慢性疾病，异常的自噬已经被证明与癌症、心血管、神经、自身免疫等多种系统的疾病密切相关。

再生障碍性贫血（aplastic anemia，AA）是由多种病因引起的造血干细胞及造血微环境损伤、免疫机制改变，从而导致骨髓造血功能衰竭的一种恶性血液疾病，以骨髓造血干细胞增生减低和外周血全血细胞减少为特征，以贫血、出血和感染为主要临床表现，病死率高。近年来，随着自噬在恶性血液疾病中研究的深入，关于自噬在AA发病机制中的作用也逐渐引起了更多的关注，故本文就AA的自噬水平变化及其在AA发病机制中的作用的国内外研究进展综述如下。

1 再生障碍性贫血患者存在着自噬缺陷

近年来的研究表明，自噬对造血细胞的功能具有重要影响，MORTENSEN等［2］的研究显示缺乏自噬基因Atg7的小鼠没有正常的造血功能，小鼠胚胎不能发育为正常的胎儿，即使侥幸出生后的造血也会发生异常。异常的自噬与各种恶性血液疾病的发生发展息息相关，例如：高灵素等［3］研究提示上调自噬水平可以通过抑制细胞增殖、促进细胞凋亡来限制多发性骨髓瘤细胞的异常克隆增生；江凤［4］研究发现自噬会通过影响造血干细胞的质量参与到骨髓增生异常综合征的发病及演进中来。

再障作为恶性血液疾病中较为常见的一种，关于自噬在其发生发展中的作用也逐渐引起了更多研究者的兴趣。HUANG等［5］分别对AA患者及健康对照组进行了自噬水平的检测，发现AA患者的造血干/祖细胞自噬特异性标记物LC3⁃Ⅱ的水平要显著低于健康对照组，重型AA患者比非重型AA患者更低，且其在应激条件下也更易于发生死亡，说明AA患者的造血干/祖细胞存在着自噬缺陷，而自噬作为细胞的一种保护机制，其缺陷很可能是造成AA患者造血干/祖细胞增殖分化减少，更易于凋亡的重要原因；随后，其又对经免疫抑制剂治疗后的无缓解、部分缓解、完全缓解等三类AA患者的骨髓干/祖细胞进行了自噬水平的检测，发现虽与健康对照组相比，其自噬特异性标记物LC3⁃Ⅱ的水平还是比较低下，但会随着缓解程度的升高而逐渐升高，提示AA患者骨髓干/祖细胞的自噬缺陷可以随着病情的改善而逐渐恢复，自噬在AA的发生与发展中扮演着重要的角色，故其认为造血干/祖细胞的自噬缺陷可部分解释AA的发病机制，但其中自噬发生缺陷的生物学机制并不清楚，还有待更进一步的研究。

2 自噬在再生障碍性贫血发病机制中的作用

关于AA的发病机制，现得到普遍认可的包括种子学说（造血干细胞增殖分化的异常）、土壤学说（造血微环境的异常）、虫子学说（免疫反应的异常）等三种学说，且这3种致病机制还可相互作用，进而促进AA的发展，加重AA的病情，给AA的病因诊断及治疗带来更大的困难［6］。而自噬作为细胞的一种基本代谢途径，现有的研究显示，异常的自噬或可通过影响造血干细胞功能特性的维持、健康造血微环境的维护以及正常免疫反应的介导等方面，参与或影响AA的发生发展。

2.1 自噬缺陷或可通过影响造血干细胞的质量来促进AA的发生与发展 造血干细胞所处的造血微环境是一种缺氧的环境，其代谢在很大程度上都保持着静止状态，主要依靠糖酵解供能，大约每145天才会进行一次自我更新以保证造血的储备，以避免累积过多的氧化产物、受损细胞器及蛋白质等代谢废物，从而避免细胞的恶性转化，同时避免由于过度增殖导致的自身耗竭。而其从静止到定向分化成为各系血细胞时会发生氧化磷酸化，会逐渐产生ROS、受损细胞器及蛋白质等代谢废物。

“种子学说”认为骨髓腔内原发性或继发性的造血干细胞自我更新能力受损，增殖受阻，向各系血细胞的定向分化受抑，造成的造血干细胞质和（或）量的异常是再障发生的重要原因。而近年来的研究显示，自噬在造血干细胞静息态的维持、自我更新以及多向增殖分化的过程中都扮演着重要的角色。

2.1.1 自噬在造血干细胞静息态的干性维持方面发挥着必不可少的作用 MORTENSEN等［2］通过敲除小鼠造血干细胞中的自噬基因Atg7后发现，其胞内会累积大量的线粒体及ROS，同时会高度脱离正常的静息状态，不停地增殖分化，丧失正常的造血功能；此外，LEE等［7］的研究显示，自噬蛋白Atg7可通过与抑癌蛋白P53的结合，来调节细胞周期抑制因子P21的转录，以维持细胞的静息状态，且缺乏自噬基因Atg7的细胞在饥饿时不能够进入周期阻滞的静息态来躲避不利环境，说明自噬对造血干细胞静息态的维持至关重要。虽然造血干细胞处于相对于普通细胞的代谢静止状态，能量需求较低，但其也有必须的基础代谢，在这过程中，其胞内也会逐渐堆积受损的细胞器和蛋白质等代谢废物，而自噬在降解并循环利用造血干细胞胞内代谢废物的过称中发挥着及其重要的作用；其次，静息态的造血干细胞主要依靠糖酵解供能，其胞内的线粒体含量极低，而自噬是降解多余线粒体，使其数量维持在低水平的重要途径，这也将很好地保证造血干细胞在乏氧微环境中静息态的干性维持。

2.1.2 自噬在造血干细胞自我更新过程中具有重要的作用 由单个造血干细胞克隆形成的造血干细胞系EML里面含有CD34-和CD34+两种细胞亚群，其中CD34-细胞处于静息状态，CD34+细胞处于增殖状态，且两种细胞可以通过自我的更新过程而相互转化，姬凌［8］的研究发现，CD34-细胞中的自噬水平要显著高于CD34+细胞，自噬基因表达的激活因子Gata⁃1在CD34-细胞中的表达也要明显高于CD34+细胞，而自噬基因表达的抑制因子TCF7在CD34-中的表达则要明显低于CD34+细胞，若采用自噬激活剂雷帕霉素处理细胞，则可抑制CD34-向CD34+细胞的转化，若诱导自噬抑制因子TCF7的过表达来抑制其自噬水平，则又能促进CD34-向CD34+细胞的转化，说明自噬在CD34-和CD34+细胞通过自我更新而相互转化过程中具有重要的调节作用。造血干细胞的不断自我更新，保证了造血过程能在机体的整个生命过程中进行，而其更新也就是一个细胞重塑的过程，不可避免地会有DNA的损伤以及ROS等代谢废物的产生，且过多的DNA损伤会大大限制造血干细胞的自我更新能力，而自噬则可通过消除DNA损伤、调控ROS的水平等来调节造血干细胞的自我更新；另外，CAO等［9］的研究显示，自噬在收到不同的信号时，还可通过调控细胞周期蛋白CyclinD3的表达量，调节造血干细胞进入细胞周期的比例，从而调控其自我更新。

2.1.3 自噬在造血干细胞多向增殖分化的过程中具有重要意义 由ULK1（与Atg1同源）、FIP200（与Atg17同源）、Atg13三种蛋白构成的ULK1复合体是自噬的重要调节因子，其磷酸化状态可使自噬通路关闭，去磷酸化状态则可激活自噬。LIU等［10］的研究显示，敲除小鼠造血干细胞ULK1复合体中FIP200蛋白的基因造成其自噬缺陷后，造血干细胞在胞内累积大量线粒体和ROS，异常地过度增殖，导致自身枯竭的同时，还会出现髓系细胞分化的不平衡，粒细胞大量增多，淋巴细胞比例严重下降，说明自噬也会参与造血干细胞多向增殖分化的过程。同造血干细胞的自我更新相比，其向各系的分化过程是一个更强的细胞重塑过程，自噬在这过程中除了发挥清除受损DNA、ROS等代谢废物以外，CAO等［11］的研究发现，自噬还可通过对膜受体蛋白Notch相关通路的靶向调节，实现对造血干细胞多向分化的调控。

从上述研究可以看出，自噬在造血干细胞功能特性的维持和调节中发挥着不可或缺的作用，是保证造血干细胞质量正常的关键，而造血干细胞的自噬一旦发生缺陷，则很可能会造成其增殖分化的异常，进而促进AA等相关血液疾病的发生。

2.2 自噬缺陷或可通过影响造血微环境的健康促进AA的发生与发展 造血微环境又被称为造血干细胞龛，由骨髓腔中造血干细胞周围的骨髓间充质干细胞、脂肪细胞、内皮细胞、成骨细胞等多种细胞组成，参与造血干细胞的干性维持、自我更新与定向分化［12］。“土壤”学说认为造血微环境是造血干细胞增殖、分化、成熟的场所，与造血功能密切相关，其一旦受到破坏，势必会造成造血干细胞增殖分化的异常，导致AA的发生。

骨髓间充质干细胞作为造血微环境中重要的一份子，其具有分化为脂肪细胞、内皮细胞、成骨细胞的多向分化能力，其中的脂肪细胞可分泌neuropillin⁃1、TNF⁃α等负向造血调控因子，其数量的平衡对维护造血微环境的健康十分重要［13］，而现有的研究发现AA患者髓腔内的骨髓间充质干细胞的成脂性会增强，成骨性会下降，脂肪细胞数量大大增多，在负向调控造血的同时，造成了造血微环境的异常，造血干细胞龛位的减少，增殖分化能力受损，从而促进了AA的发生［14］。

近年来的研究显示，自噬在骨髓间充质干细胞成脂性平衡的调节方面有着重要作用：WANG等［15］的研究发现，自噬诱导剂雷帕霉素可以诱导AA患者骨髓间充质干细胞自噬水平的上调，抑制其mTOR蛋白的表达，从而降低其成脂分化，控制髓腔内脂肪细胞的数量，降低脂肪细胞带来的负向造血调控作用，改善骨髓微环境，完善造血干细胞在造血微环境中的龛位，促进造血干细胞正常的增殖分化。提示髓腔内的自噬若发生缺陷，则很可能可将通过影响骨髓间充质干细胞成脂性的平衡，造成脂肪细胞的增多，给造血带来负向调控作用同时，造成造血微环境的异常，进而促进AA等相关血液疾病的发生。

2.3 自噬缺陷或可通过影响细胞免疫的稳态促进AA的发生与发展 “虫子”学说认为是以造血系统为靶抗原的异常免疫反应介导了造血组织的损伤，从而导致了AA的发生，其中以T细胞功能亢进的细胞免疫异常为主。近年来，随着各类免疫抑制剂在治疗再障中取得的良好疗效，这一学说受到了越来越多学者的认可，认为AA可以被界定为一种自身免疫性疾病。而近年来有研究显示，自噬在细胞免疫的稳态调节方面也有着十分重要的作用，异常的自噬将破坏免疫系统的稳态，进而促进免疫相关性疾病的发生与发展。

关于AA患者细胞免疫的异常，现有的研究显示：AA患者体内的细胞毒性T细胞（Cytotoxic T cells，Tc）会被异常激活，数量明显增多，而异常增多的Tc细胞在能够抑制T细胞数量及活性的同时，还能够抑制CFU⁃E、CFU⁃GM等细胞集落形成单位的生长，促使TNF⁃α、INF⁃γ、IL⁃2等负向造血调控因子的分泌，从而抑制骨髓的造血功能［16-17］；此外，AA患者体内辅助性T细胞（Helper T cells，Th）的亚型Th1的数量也会异常增多，而另一种亚型Th2的数量变化却不明显，这导致了Th1/Th2比例的失衡，而Th1/Th2比例的动态平衡对维持机体正常的免疫功能十分重要，异常增多的Th1细胞在促使其下游的TNF⁃α、INF⁃γ等负向造血调控因子表达的同时，还会与抑制性T细胞（suppressor T cells，Ts）相互作用，间接抑制B淋巴细胞的分化与TC细胞的杀伤功能，从而抑制机体的体液免疫和细胞免疫，直接或间接地限制造血干细胞的功能，促进其死亡，进而导致骨髓造血的衰竭［18-19］。

关于自噬与细胞免疫，近年来的研究发现，自噬会参与T细胞的增殖分化：LIN等［20］特异性地敲除小鼠T细胞自噬相关基因Atg7后发现，其脾脏细胞中会出现自噬空泡的减少，并伴随着T细胞的增殖能力的下降，Tc细胞和Th细胞凋亡的增加，数量的减少，同时会抑制Th细胞分泌Th1、Th2、Th3等细胞因子；自噬还会影响记忆型Tc细胞的形成，PULESTON等［21］的研究发现，缺乏自噬基因Atg7的小鼠在接受流感病毒和巨细胞病毒的感染后，不能有效形成针对病毒的记忆型Tc细胞，但在使用自噬诱导剂复方亚精胺之后，记忆型Tc细胞的形成缺陷又会得到改善；此外，自噬水平的高低还可以影响Th1/Th2细胞比例的动态平衡，现有的研究发现：T细胞在向Th1和Th2两种亚型分化的时候，自噬水平会上调，且Th2中的自噬水平高于Th1，而当受到某种刺激后，T细胞向Th2极向分化时，若采用自噬抑制剂处理细胞，Th2的极向分化现象又会得到缓解。

另外，自噬还会通过参与主要组织相容性复合体（ma⁃jor histocompatibility complex，MHC）的抗原提呈过程进而影响细胞免疫效应：MHC可分为MHCⅠ、MHCⅡ两型，其可绑定病原体衍生出来的免疫肽，使病原体定位于细胞表面，以易于免疫活性细胞的识别及消灭。其中MHCⅠ主要将细胞内部的抗原提呈给Tc细胞，LOI等［22］的研究发现，自噬相关蛋白可以通过调节MHCⅠ类分子在树突状细胞中的内化过程，来调控MHCⅠ类分子在Tc细胞抗病毒过程中的作用强度，说明自噬在MHCⅠ类分子抗原提呈的过程中占有重要地位；而MHCⅡ则主要是将细胞外部的抗原提呈给Th细胞，现有研究发现，自噬小体在将外来的病原微生物吞噬并降解成免疫肽，提呈给MHCⅡ的同时，还可增强MHCⅡ的抗原提呈作用，进而激活Th细胞，发挥免疫效应，控制病原微生物的感染，其次，自噬小体还可将小部分内源性抗原通过溶酶体的囊泡传递给MHCⅡ，进而提呈给Th细胞，而在自噬抑制剂的作用下，这种内源性抗原的提呈则将受到抑制［23-24］，说明自噬在MHCⅡ类分子抗原提呈过程中也发挥着重要的作用。

从上述研究可以看出，自噬在T细胞的增殖分化、稳态维持、免疫效应等多方面都具有重要的调节作用，而自噬一旦发生异常，将很可能会导致整个细胞免疫系统的紊乱，引发免疫相关性疾病的发生，而AA作为一种T细胞异常亢进介导的自身免疫性疾病，自噬也很可能会通过对细胞免疫的调节来参与或影响其发生和发展。

此外，自噬除了在上述三方面与AA的发病有关外，现还有研究提示，自噬与AA在端粒酶活性、染色体等方面也存在着不少的联系，但自噬在AA发病机制中的具体作用却还有待更进一步的研究。

3 结语

自噬作为近年来医学界和生物界的研究热点，从目前的研究成果，可以看出：自噬与AA的发生存在着紧密的联系，AA患者的造血干/祖细胞存在着自噬缺陷，且自噬或可通过对造血干细胞功能特性的维持和调节、健康造血微环境的维护以及细胞免疫的稳态调节，参与到AA的发病机制中来，影响AA的发生与发展。但目前自噬在AA中的研究还不够成熟，AA患者造血干/祖细胞自噬存在缺陷的生物学机制并不清楚，自噬在AA发病机制中的具体作用也还有待完善，而AA病死率高，即使经治疗后也存在着完全缓解率低、复发率高、易演变成其他恶性血液疾病的问题，给患者的生理心理及家庭都带来了极大的影响，因此，完善自噬在AA中的影响研究，弄清楚AA患者自噬存在缺陷的具体机制，深入探究自噬在AA发病机制中的作用，对于未来通过自噬水平的调节，预防和治疗AA这一恶性血液系统疾病具有重要的意义。

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