免疫细胞自噬在动脉粥样硬化中的作用研究进展

张仲柏，李艳春 综述 张 梅 审校

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)已成为世界范围内严重危害人类健康与生命的重大疾病，病死率居全球首位，因此防治CVD已成为全球公共卫生专家所关注的热点[1]。动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是一种以脂质蓄积和炎性细胞浸润为主要特征的动脉血管壁慢性炎性反应，通常伴有大量免疫细胞参与，是众多CVD的病理基础[2]。近期众多学者研究发现自噬(autophagy)与AS的形成、发生和发展密切相关[3]。笔者就不同免疫细胞自噬对AS的影响进行综述，为下一步揭示AS的发生机制提供参考。

1 自噬的调节机制

自噬是真核细胞受到饥饿、氧化应激等刺激后将受损的细胞器或者错误折叠的蛋白质吞噬，并将吞噬物在溶酶体内进行降解的过程，可分为巨自噬、微自噬和分子伴侣介导的自噬三种类型，其中巨自噬即通常所说的自噬[4]。一般认为，自噬参与了细胞的正常生长发育，同时对细胞的增殖、分化及凋亡起着调控作用，对维持细胞内环境的稳态意义重大[5]。

自噬的过程首先是在自噬相关基因(autophagy-associated gene，ATG)的作用下形成脂质双层膜，将错误折叠的蛋白质或受损的细胞器等进行包裹形成自噬体，自噬体的形成主要受两种泛素样蛋白调节，即Atg5-Atg12-Atg16L复合物和Atg8/LC3复合物[6]。而后通过信号通路级联反应与溶酶体逐渐融合形成自噬溶酶体，最后将错误折叠的蛋白质或受损的细胞器进行降解即自噬体溶解，同时回收利用细胞内源性成分如氨基酸、游离脂肪酸、核苷酸等[7]。在调节自噬的众多信号通路中，磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidyli-nositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B( protein kinase B，Akt) /哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路被认为是最主要的信号通路之一，该通路能够接受来自营养物质、环境改变及生长因子等多种信号并进行整合，从而调控细胞增殖及蛋白质合成等过程，发挥抑制自噬的作用[8]。mTOR分子在哺乳动物中主要形成mTOR复合体1(mTOR complex 1，mTORC1)和mTOR复合体2(mTOR complex 2，mTORC2)两种复合体，前者可直接抑制自噬，同时mTORC1对雷帕霉素的敏感程度与细胞所处的营养状态无关；而后者主要通过磷酸化激活下游Akt间接调控自噬[9]。

2 自噬在AS中的调节作用

研究发现，大量实验模型中与粥样斑块形成相关的巨噬细胞(macrophage) 、血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs) 及血管内皮细胞(vascular endothelial cells, VECs)等均存在不同程度的自噬现象[10]。通过电子显微镜分析,粥样斑块中存在着血管细胞自噬样特性, 如空泡形成增多、髓鞘样结构及细胞质中泛素化包涵体聚集[11]。在斑块的VSMCs中，Ⅱ型微管相关蛋白轻链(microtubule-associated protein light chain 3, LC3)表达量明显增加，而在非AS血管中未检出，说明AS中存在自噬现象。对于AS的不同阶段，mTOR信号通路的调节有着显著差异，既有正向调控也有负向调控[12]。

适度地自噬能够通过阻断氧化应激所诱发的炎性反应，从而抑制粥样斑块的进展。有学者通过敲除特异性自噬相关基因Beclin-1和自噬相关基因5(autophagy-associated gene 5，ATG5)等发现斑块中的炎性介质显著增多，说明自噬与炎性反应之间存在密切关系[13]。另外，其他研究发现自噬与细胞凋亡也存在相关性，当细胞自噬能力缺失时，其对凋亡细胞的识别能力与清除能力均下降，从而使得斑块坏死程度增加引起疾病进一步恶化[14]。

生理水平的自噬能够延缓粥样斑块的破裂，但超过该水平的自噬则会增加粥样斑块的不稳定性，促进AS的发生发展。过度自噬能够通过形成蜡样体即一种蛋白质和氧化脂质形成的复合体限制自噬体与溶酶体结合，介导细胞死亡[15]。例如，VSMCs的死亡不利于斑块的稳定，能够导致血管内胶原纤维合成减少及粥样斑块纤维帽的变薄，同时自噬引起的细胞死亡还可以诱发多种炎性因子的释放，如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白介素-6(interleukin-6，IL-6)等，诱发炎性反应[16]。

3 不同免疫细胞自噬在AS中的作用

关于AS的发病机制，有学者提出了AS是一种慢性炎性疾病的概念，说明AS是VECs和血液细胞等在细胞因子的相互作用下所导致的一种损伤过程，同时通过研究粥样斑块的成分发现其是脂质与渗透进来的T淋巴细胞、巨噬细胞等免疫细胞聚集而成[17]。因此，免疫细胞的激活是影响AS发展的因素之一。

3.1 巨噬细胞 是粥样斑块中含量最多的免疫细胞，参与了AS的各个环节。过度沉积的脂质产生趋化因子，招募单核细胞进入血管内膜，在巨噬细胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factor，M-CSF)下使之分化为巨噬细胞，分为M1型与M2型。在免疫反应中M1型与M2型巨噬细胞均出现在动脉硬化的部位，但二者却发挥着相反的作用，说明巨噬细胞自噬对AS具有双重调节作用[18]。M1型巨噬细胞分泌TNF-α和白介素-1(interleukin-1，IL-1)等，通过上调膜识别受体(pattern recognition eceptors，PRRs)，包括Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)和清道夫受体(scavenger receptors，SRs)等促进炎性反应的发生。TLRs 通路的激活能够导致炎性反应，而SRs通过调节氧化的低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL) 促进泡沫细胞的形成[19]。M2型巨噬细胞通过分泌白介素-10(interleukin-10，IL-10)及转化生长因子(transforming growth factor β，TGF-β)等可起到抗炎、修复的作用[20]。

大量研究表明，巨噬细胞自噬不仅可降低细胞内脂滴的沉积，还可通过清除功能受损的细胞器和降解细胞内活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)水平抑制细胞凋亡[21]。另外，自噬还能够通过分泌分子伴侣蛋白P62识别泛素化核转录因子(nuclear factor kappa B，NF-κB)并转运至溶酶体进行降解来调节巨噬细胞发挥极化作用即M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞转化来稳定易损斑块[22]。但在AS中晚期，巨噬细胞自噬对疾病的发展却起着促进作用，加速粥样斑块形成的同时稀释纤维帽坏死的核心成分，导致炎性反应增加及斑块内VSMCs等多种细胞凋亡，增加了斑块的不稳定性[23]。有学者发现，巨噬细胞发生自噬时会促进白介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)释放，从而导致TNF-α、IL-6和白介素-8(interleukin-8，IL-8)等炎性因子激活，诱发炎性反应[24]。

巨噬细胞自噬参与了AS 多个环节，在AS的发生发展中起着重要作用，调节巨噬细胞自噬现已成为治疗AS药物的新靶点。研究发现,一些自噬诱导剂或上调自噬调控基因能够减缓AS的发展[25]，但过度自噬又能够加速AS发展，因此控制药物诱导自噬程度的剂量等还需进一步研究。

3.2 T淋巴细胞(T lymphocytes) 是在胸腺中发育成熟的免疫细胞，在粥样斑块形成的不同阶段均能检测到该细胞，同时T淋巴细胞在此过程中发挥着促炎性细胞因子及抗炎性细胞因子双重作用[26]。文献[27]报道，在血管壁局部积聚脂蛋白所引起的炎性反应主要由T淋巴细胞所介导，T淋巴细胞在接受ROS等刺激后能够分化为调节性T淋巴细胞(regulatory T cells，Tregs)，同时在Tregs内发现了自噬小体，说明T淋巴细胞自噬参与了AS的发展。此外粥样斑块的形成与稳定通常取决于T淋巴细胞的其他亚型，通常认为CD4+T细胞、CD8+T细胞及自然杀伤细胞(natural killer T cells，NKTs)认为是致AS发展的细胞，而Tregs被是抗AS细胞[28]。

AS早期，受损的VECs通过免疫反应激活T淋巴细胞转化为Tregs和CD4+T细胞等，通过对AS模型小鼠不同阶段的粥样斑块观察发现Tregs自噬与斑块的形成呈负相关，同时CD4+T细胞能够分泌干扰素γ(interferon，IFNγ)等激活巨噬细胞，通过巨噬细胞自噬减缓斑块的发展[29]。但随着AS的不断发展，T淋巴细胞过度自噬导致炎性因子不断被释放，增加了斑块的不稳定性。对高脂饮食小鼠敲除T淋巴细胞特异性自噬相关基因7(autophagy-associated gene，ATG7)后发现该基因的敲除降低了AS的发展，同时CD4+T细胞、CD8+T细胞及NKT细胞数量明显减少，炎性因子TNF-α、IL-6和IL-8等也呈下降趋势，这些结果表明抑制T细胞自噬能够延缓AS的发生发展[30]。

在AS的不同阶段中，T淋巴细胞和巨噬细胞二者相互作用介导了细胞免疫反应，对AS均有双向调控的作用。在今后的研究中可以通过尝试控制T淋巴细胞自噬来调节巨噬细胞自噬从而延缓AS的进展，也为AS的治疗提供了一个新思路。

3.3 树突状细胞(dendritic cells，DCs) 是体内关键性的专职抗原递呈细胞，也是唯一能够激活初始T淋巴细胞的抗原递呈细胞，在免疫反应中发挥着重要作用[31]。DCs通常以未成熟的形式存在于动脉管壁中，随着AS发展使得DCs逐渐成熟，其表面共刺激分子及组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ类分子表达增加，成为T淋巴细胞依赖的免疫反应诱导者[32]。

AS早期由于多种抗原的暴露，导致TNF-α、IL-1等炎性因子大量释放，DCs等抗原递呈细胞在处理此类抗原至MHC分子时均需要伴有自噬的参与[33]。有学者通过自噬诱导剂雷帕霉素预处理DCs后观察到自噬能够影响其抗原提呈能力及诱导CD4+T细胞活化能力，致使免疫反应加重，说明DCs通过自噬在一定程度上能够增加炎性反应[34]。另有研究通过自噬抑制分子IL-10预处理DCs后发现脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)活化DCs 的能力明显下降，同时DCs中MHC的表达、炎性因子的释放及刺激T淋巴细胞增殖能力均显著降低，能够达到延缓AS发展的目的[35]。除此之外，分析斑块内细胞成分时发现DCs主要富集于泡沫细胞较为丰富的区域，通过电镜观察其超微结构发现它们具有DCs的形态学特征，说明DCs参与了泡沫细胞的形成，其发生机制可能与自噬有关[36]。

调节自噬能够在一定程度上抑制AS进展，但自噬通常是一把双刃剑，因此，如何游刃有余地通过控制DCs自噬，从而调节泡沫细胞形成及T淋巴细胞的功能显得尤为重要。

3.4 中性粒细胞(neutrophil) 是在免疫系统中起核心作用的多功能细胞，是机体免疫反应的第一道细胞防线。众所周知，AS的发生与炎性反应密切相关，炎性刺激使中性粒细胞在受损的VECs处聚集，通过吞噬坏死的VECs、受损的细胞器等与颗粒融合及自噬溶酶体的形成，参与了AS的各个阶段[37]。

Riffelmacher等[38]通过观察ATG7缺乏的中性粒细胞前体发现其线粒体呼吸受损，腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)产生减少，脂滴累积，糖酵解活性增加等引起其向有缺陷的方向分化，说明自噬是中性粒细胞分化所必须经历的过程，该过程对其分化和死亡有着调节作用。Drechsler等[39]发现粥样斑块病变区的大小与血液循环中的中性粒细胞计数呈正比，说明中性粒细胞在粥样斑块的形成中发挥着重要作用。另外，当中性粒细胞过度自噬发生衰竭或凋亡时，大量的细胞碎片能够激活巨噬细胞自噬，二者通过相互激活也能够加重AS的进展[40]。

自噬能够影响中性粒细胞的增殖、分化和存活，同时也受多种细胞因子的调控，那么通过下调自噬水平从而影响中性粒细胞分化可作为治疗AS的新方向。

自噬是细胞的基本代谢过程，是一种自主性的降解方式，参与了AS的形成发展，具有两面性。同时各种免疫细胞之间又可以通过直接或间接的方式相互影响，一起完成了AS发生发展的复杂过程[41]，因此，通过了解炎性反应中不同免疫细胞自噬与AS的关系、调控机制及相关信号通路，能够为AS的防治提供新的方向及治疗靶点。