肺损伤与自噬调节因子的研究进展

陈圆，杨鹏杰，朱贲贲

（内蒙古医科大学附属人民医院/内蒙古自治区肿瘤医院，内蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

自噬是通过溶酶体将胞内降解的蛋白质和受损的细胞器自我消化的过程[1]。20世纪60年代，电子显微镜研究首次发现了哺乳动物细胞中的自噬，但分子机制直到在酵母中发现自噬基因（ATGs）后才被逐渐了解。肺是气体交换的主要器官，也是病原体侵入的最容易目标。肺功能的调节由复杂的内皮和上皮细胞、树突细胞、肺泡巨噬细胞和成纤维细胞介导。肺损伤发生时它们一起通过激活炎症和免疫反应[2]。自噬程序性细胞死亡主要出现在活跃发育的组织中。LC-3是酵母蛋白Atg8的哺乳动物结合蛋白直系同源。脂质衍生物磷脂酰乙醇胺与LC-3结合形成LC3-II，LC3-II是自噬的重要分子标记。Beclin 1复合物产生了一个初始的自噬体膜，它围绕货物聚集在一个与溶酶体结合囊泡中，通过溶酶体中存在的酸性水解酶形成降解的自溶体[3]。自噬对肺损伤的影响受其功能随肺细胞的类型而高度变化，所以是防御还是损伤的作用都是复杂的。

1 肺损伤

1.1 急性肺损伤和急性呼吸窘迫综合征。急性肺损伤（ALI）和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是危重患者中最常见的、死亡率和发病率最高的严重呼吸系统疾病[4-5]。ARDS是ALI最严重的形式。急性肺损伤的特点是肺表面炎症导致肺泡毛细血管膜破裂，随后中性粒细胞迁移及其细胞毒性介质的爆发。由T细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞、趋化因子和促炎细胞因子等多种成分介导的免疫反应在急性损伤的进展中也起着主导作用，并导致免疫重建炎性综合征（IRIS）。参与免疫反应的免疫细胞，如巨噬细胞和单核细胞，被认为参与虹膜的病理生理学。结核病-虹膜综合征患者的CD14+、CD16单核细胞水平升高，导致促炎细胞因子白介素-6、肿瘤坏死因子-α和C反应蛋白（CRP）增加。肺内皮生物标志物（如VWF）和上皮生物标志物（如SP-D）是急性肺损伤的诊断靶点。导致ALI和ARDS的疾病有败血症、胰腺炎、肺炎、创伤、输血、吸入和吸入有毒气体等。其病理学表现为表现为弥漫性肺泡损伤、肺泡出血、嗜酸性肺炎和急性纤维蛋白沉积。

1.2 慢性肺损伤（CLI）和支气管肺发育不良（BPD）。慢性肺损伤的特征是一种称为胸膜纤维弹力纤维增生症（PPFE）的疾病，主要表现为胸膜下、上叶的肠弹性纤维的快速增殖有关。慢性肺损伤后，凋亡的细胞通过胞葬清除。这是一种吞噬作用，主要由巨噬细胞进行，而未成熟的树突细胞、间充质细胞和上皮细胞也可以进行胞葬。最近，新型冠状病毒引起的严重呼吸道感染，导致了世界范围内的人口死亡。新型冠状病毒患者死亡的常见危险因素包括高血压、糖尿病、心血管疾病或慢性肺病。婴儿最常见的慢性肺损伤是支气管肺发育不良。当早产儿患有各种呼吸综合征时，就会出现BPD。

1.3 慢性阻塞性肺疾病和哮喘。慢性阻塞性肺病是一种气流受限的完全不可逆的全球性疾病，其特征为肺部的弱炎症反应、肺气肿、慢性阻塞性细支气管炎、纤维化、气道阻塞和狭窄、肺实质和弹性丧失等。CD8+高表达的T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞和中性粒细胞是慢性阻塞性肺病的调节因子。慢性阻塞性肺病的急性发作是从稳定状态开始持续恶化的结果。白三烯B4、肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-8和蛋白酶的释放可引起全身炎症反应。CD4+与CD8+比率的降低是肺部炎症反应的典型特征。

1.4 放射性肺损伤。肺癌的放射疗法容易导致放射性肺炎，一旦发生往往是弥漫性的肺损伤。当辐射暴露激发活性氧产生后，肺实质中随之产生高毒性物质，这可能最终导致在放疗后1~6个月出现肺纤维化并伴有呼吸困难的主要原因。有的患者甚至几个月到几年后还会逐渐发展成放射性肺炎，几乎所有放疗的患者都会发生肺纤维化[6]。

2 肺损伤中自噬的调节因子

2.1 LC3B-II。微管相关蛋白1轻链3（LC3）是双膜自噬体上表达的主要自噬蛋白。在哺乳动物中研究了近八种LC3蛋白的同源物。组成这些同源物的氨基酸将它们分为两个亚家族：第一个由LC3A（2个剪接变异体）组成，LC3B和LC3C参与自噬体膜的延伸；第二个由GABARAP、GABARAP 1、GABARAP 2和GABARAP 3组成，参与自噬体的成熟。通常，LC3B以LC3B-I的形式存在于细胞质中，通过LC3B c端的蛋白水解裂解，然后与磷脂酰乙醇胺在自噬膜上组装结合形成LC3B-II。多项研究表明，在高氧诱导的人支气管上皮细胞和培养的上皮细胞（Beas-2B）中，通过凋亡可介导LC3B-II高表达。在高氧诱导的C57小鼠肺损伤中也是通过凋亡途径介导LC3B-II的激活并观察到LC3B-II与Fas蛋白相互作用，这也表明自噬与凋亡在急性肺损伤具有重要性，同时LC3BII生物标志物水平较高，也表明存在自噬反应。

2.2 BECLIN 1。Beclin 1是主要的自噬调节基因之一。在自噬过程中，自噬相关蛋白Beclin1与LC3-I结合，LC3-I适应其膜结合形式LC3-II，并与SQSTM1结合。急性肺损伤激活了各种自噬相关蛋白，如LC3-II、Beclin 1和LAMP2和Rab7[7]。研究者为了评估自噬在严重脓毒症中的作用，使用内毒素血症和CLP进行实验，发现BECN1+/小鼠易患CLP诱导的败血症。Beclin 1通过促有丝分裂信号增加G1期细胞，并降低导致肿瘤生长抑制的细胞周期进程[8]。在非小细胞肺癌中，使用氯喹或Beclin 1敲除可增强由JAK2/ STAT3抑制剂激活的细胞凋亡/程序性细胞死亡。

2.3 p62。p62是酪氨酸激酶p561ck结合自噬衔接蛋白，主要通过调节蛋白质聚集体的形成和自噬形成过程促进货物蛋白质的降解。在自噬中，p62的数量由自噬调节，而自噬又通过mTORC1的激活抑制自噬。在烟雾诱导的上皮细胞中，通过释放更高水平的自由基来启动Nrf2信号和SQTSM1/p62表达，这些激活导致mTORC1兴奋并抑制自噬。在正常细胞中，有人认为Nrf2与p62参与肿瘤发生的激活，因为p62降解Keap1/Nrf2的结并发使Nrf2稳定。在非小细胞肺癌中，p62的积累并没有带来p62的稳定。所以与Nrf2一样，Twist1是p62的一个重要下游效应子，有助于调节细胞分裂和易位[9]。

2.4 mTOR。雷帕霉素 mTOR/ PI3K/Akt是哺乳动物调节大自噬/自噬、代谢、增殖和存活的重要信号通路。在正常的小鼠或人类细胞中，磷酸酶和PTEN-张力素的同源物的缺失激活mTOR或丝氨酸/苏氨酸激酶-Akt的组成型表达，从而启动衰老。在一些物种中，很少有药物是延长存活所必需的，但雷帕霉素除外，它能抑制mTOR的活性。在肺上皮细胞中，mTOR被脂多糖激活，抑制自噬可加重脂多糖诱导的炎症反应[10]。在创伤性脑损伤诱导的急性肺损伤中，ERK1/2/mTOR/Stat3信号通路在自噬介导的保护中起重要作用。

3 结论

综上所述，尽管对各种类型的肺损伤有着深刻的认识，但自噬及其相关蛋白在各种原因引起的肺损伤中的潜在联系尚不清楚。自噬是一把双刃剑，目前大量的研究集中在调节自噬相关蛋白的上调或下调，这可能对许多疾病包括肺损伤在内的有治疗上的益处。但是对病理性自噬和生理性自噬之间差异的理解可能有助于研究人员设计在不妨碍其生理效应时针对病理性自噬的治疗靶点。