急性胰腺炎中自噬及其相关信号通路的研究进展

杨慧莹，吴青，唐国都

(1.广西医科大学第一附属医院消化内科，南宁 530021； 2.广西医科大学第二附属医院消化内科，南宁 530007)

急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)是临床紧急住院的最常见消化道疾病之一，其临床结局具有不可预测性及潜在的致命性。近年来，随着全球人口的增长、饮酒和吸烟模式的改变、肥胖率的上升以及诊疗水平的提高，其发病率及死亡率呈逐年上升趋势[1]。研究表明，全球AP的发病率约为34/10万，死亡率约为1.16/10万，且男性与女性发病率比较差异无统计学意义[2]。AP的发病机制涉及多种分子机制及复杂信号通路。目前研究普遍认为，胰酶在胰腺内异常激活导致的胰腺损伤及全身炎症反应是AP的主要病理生理机制[1]。而随着对药物诱导的AP动物模型的深入探索，近年关于AP病理生理机制的研究重点已转移至AP发生的早期事件——胰腺腺泡细胞内胰酶的异常激活[3]。研究发现，自噬紊乱与胰腺腺泡细胞损伤密切相关[4-5]，自噬失调对AP的影响受到多种自噬调控因子及相关信号通路的调控[6-7]。因此，深入研究自噬相关信号通路在AP自噬中的具体调控机制有望寻找到自噬的有效干扰靶点，进而为AP的预防和治疗提供新思路。现就自噬及其相关信号通路在AP发生发展中的作用及机制予以综述。

1 自噬概述

1.1自噬的概念及类型 自噬是细胞在代谢过程中对胞质中出现的受损或老化的细胞器、变性蛋白质或脂类等的自身降解清除作用和循环再利用过程；是存在于真核生物中由自噬相关基因(autophagy-related gene，Atg)严格调控的高度保守的细胞过程[8]。1963年，de Duve[9]首次在饥饿的大鼠肝脏中观察到线粒体及其他细胞器在溶酶体内降解，并将此现象称为自噬，在希腊语中译为“eating of self(自食)”。随后，研究发现自噬在生物界哺乳动物中广泛存在，自噬受损现象也在多种疾病研究模型中被发现[10]。因此，自噬成为一个全新的研究领域，自噬的细胞分子机制也成为近年研究热点。

在哺乳动物细胞中，根据底物与溶酶体结合的途径不同，可将自噬分为3种类型：巨自噬、微自噬及分子伴侣介导的自噬。巨自噬是细胞内的双层膜结构重排，包绕废弃或老化的细胞器或蛋白质，形成具有双层膜结构自噬小体后，再将其运送至溶酶体内，形成自噬溶酶体，最终由自噬溶酶体内的水解酶对细胞内废弃物质进行酶解并循环再利用的过程。微自噬则是细胞内的废弃物质通过溶酶体膜的内陷或变形进入溶酶体，在溶酶体中进行酶解代谢及循环利用的过程。迄今为止，分子伴侣介导的自噬只在哺乳动物中发现，它不同于能吞噬较大废弃产物的巨自噬和微自噬，其需要伴侣蛋白(热激蛋白70等)介导方可使细胞内的废弃产物跨过溶酶体膜进入溶酶体内，进而被降解及再利用[11]。目前，巨自噬是生物体中最普遍也是研究最多的自噬途径，以下所涉及自噬类型主要指巨自噬。

1.2自噬的发生过程 自噬的发生过程是涉及多个囊泡融合的复杂过程，主要包括以下几个阶段：①自噬启动。自噬的启动依赖于UNC-51样激酶1(UNC-51-like kinase 1，ULK1)复合体的活化。当机体出现营养缺乏或受饥饿刺激时，ULK1发生去磷酸化；此时，由ULK1、ATG13蛋白、ATG101蛋白及分子量为200 000的黏着斑激酶家族相互作用蛋白组成的ULK1复合体从哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)复合体(mammalian target of rapamycin complex，mTORC)1中脱离出来；随后，活化的ULK1可使ULK1复合体中的ATG13蛋白和分子量为200 000的黏着斑激酶家族发生磷酸化，最终ULK1复合体活化，自噬启动[12-13]。②双层膜囊泡形成。活化的ULK1复合体在自噬调节蛋白Ambra1及泛素连接酶肿瘤坏死因子受体相关因子6等的协同作用下招募Beclin1-Vps34复合体至自噬体形成位置，并诱导细胞内双层膜囊泡形成[14]。③自噬体形成。双层膜囊泡的延伸和扩张是由多种ATG蛋白介导组装成两个泛素化偶联系统而进行；与此同时，双层膜囊泡在泛素化受体(p62蛋白、组蛋白脱乙酰酶6、核点蛋白52等)的作用下对废弃细胞器或蛋白进行选择和识别；随后，泛素化受体与底物相结合，经与微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)特异性相互作用后，最终废弃细胞器或蛋白被包绕进入双层膜囊泡中形成自噬体，这一过程中，LC3陆续被多种自噬相关蛋白剪切修饰，最终形成LC3-Ⅱ并大量附着于自噬体膜上，作为自噬形成的标志蛋白并参与自噬体的延伸及移动[15]。④自噬体与溶酶体的融合及酶解。成熟的自噬体延伸及移动主要由细胞骨架介导，其中肌动蛋白丝是自噬体成熟及移动的关键；此外，肌球蛋白、微管等在自噬体移动及与溶酶体融合过程中也起重要作用[16]。当自噬体与溶酶体相遇时，自噬体膜通过某些蛋白(SNARE蛋白、Rab7蛋白、HOPS复合物等)作用与溶酶体膜相融合[17-19]。而当自噬体膜与溶酶体膜融合后，激活的溶酶体释放许多蛋白水解酶溶解废弃内容物。最后，在机体营养或缺氧纠正后，mTOR的重新激活使自噬得以终止。

1.3自噬受损 自噬受损可以发生在自噬的任何阶段，包括自噬小体形成障碍，自噬体与溶酶体融合受阻以及溶酶体蛋白水解酶活性降低等。近年来，研究已证实在神经系统疾病、心血管疾病、肺部疾病、克罗恩病及肿瘤等众多疾病中均可出现自噬受损现象[10]。自噬小体形成障碍可表现为细胞内自噬空泡的减少，而自噬体与溶酶体融合障碍可导致自噬体的累积，溶酶体蛋白水解酶活性降低则可出现自噬体内废弃产物的累积。此外，自噬受损还可导致p62和泛素聚集物的积累，这一现象在神经系统疾病中尤为突出[20]。以上自噬各阶段的受损最终将使细胞稳态失衡，并诱发或加重疾病的发生发展。

2 AP中的自噬

生物体中，各类细胞基础自噬所降解的废弃细胞器及蛋白质可作为细胞的能量来源，以促进新的有功能的细胞器及蛋白质合成。因此，基础自噬水平在维持生物体细胞稳态中至关重要。一旦自噬失调，细胞代谢稳态失衡，将诱发各种疾病[21]。因此，胰腺腺泡细胞内基础自噬失衡可诱导AP的发生，而随着AP发生发展，自噬过程随之变化并最终出现自噬受损。

2.1胰腺外分泌部的基础自噬 胰腺外分泌部由腺泡及导管组成，腺泡细胞分泌消化液后，经胰腺导管排至十二指肠，以助消化。近年来研究显示，胰腺腺泡细胞中存在生理性自噬，对维持细胞稳态及胰腺外分泌部功能具有重要作用[22]。Antonucci等[5]敲除小鼠Atg7基因后发现，Atg7基因的缺失不仅导致胰腺腺泡细胞自噬受抑制，同时导致线粒体及内质网功能失调及蛋白质合成障碍，最终使胰腺腺泡细胞严重变性，胰腺出现炎症及纤维化，提示胰腺腺泡细胞的基础自噬时对维持细胞内稳态及蛋白合成至关重要。Gukovsky和Gukovskaya[23]研究发现，敲除小鼠Atg5基因后，自噬受损可诱发慢性胰腺炎。Mareninova等[24]研究发现，溶酶体相关膜蛋白(lysosome-associated membrane protein，LAMP)对于维持胰腺腺泡细胞稳态至关重要，敲除小鼠Lamp基因后，可导致胰腺炎的发生。此外，研究还发现胰腺腺泡细胞内过度自噬活动可能与胰腺癌的发生密切相关，抑制自噬可使肿瘤生长受到抑制[25-26]。可见，胰腺外分泌部，尤其是腺泡细胞内的基础自噬对维持胰腺正常外分泌功能至关重要，一旦自噬受损，将诱发各种胰腺疾病。

2.2AP发生发展中自噬的变化 1980年，Helin等[27]首次在急性坏死性胰腺炎(acute necrotizing pancreatitis，ANP)手术患者中观察到胰腺腺泡细胞内出现含有细胞器残体的大液泡，并观察到腺泡细胞膜内陷表现，提示AP中有自噬体及自噬溶酶体形成。随后，自噬在AP中的作用逐渐受到重视。Biczo等[28]研究发现，线粒体功能障碍和自噬受损可能是促进AP发生发展的重要因素。Iwahashi等[29]研究认为，胰腺腺泡细胞内自噬受损可导致酶原颗粒堆积和胰腺炎。另有研究发现，AP时，胰腺腺泡细胞内出现的自噬空泡的积累、线粒体的损伤和胰蛋白酶原的过早激活是自噬受损的标志[30]。因此，自噬是AP发生发展的重要机制之一，进一步研究AP中自噬的变化可能能为AP的治疗提供新思路。

近年来，研究已证实AP时胰腺腺泡细胞内的自噬激活，但自噬完成受到抑制[4]。AP发生早期，胰腺腺泡细胞中自噬空泡数量和大小增加，LC3-Ⅰ向质膜LC3-Ⅱ转移，提示AP早期，自噬体形成，自噬激活，自噬体大量在腺泡细胞的积累导致腺泡细胞空泡化；随着AP发病时间延长，胰腺腺泡细胞内自噬标志蛋白p62水平上调，溶酶体与自噬体融合所需蛋白LAMP2水平下降，提示溶酶体与自噬体融合受阻，这一变化反过来进一步促进自噬体在腺泡细胞内的堆积，加重腺泡细胞空泡化，破坏细胞稳态；同时，溶酶体降解功能受损，溶酶体内的水解酶活性下降，溶酶体对细胞内废弃产物清除受阻，可导致细胞内代谢稳态失衡，进而诱发腺泡细胞内胰酶过早激活，最终引发AP[22,31-32]。

近年来，越来越多的研究发现AP中的自噬受许多因素的影响及调控。如Yasunaga等[33]认为，淀粉酶参与AP时自噬的发生，可能诱导AP胰腺腺泡细胞内胰腺自噬空泡的形成。另有研究发现，氧化应激可能是胰腺炎自噬损伤的中介因子，抑制氧化应激可诱导或激活自噬缓解AP[30]。此外，mTOR相关信号通路、钙超载、细胞骨架及其相关蛋白等也参与自噬的发生发展，这些信号通路及相关调控蛋白相互影响，共同调控自噬，参与AP的发生发展[34-37]。

3 自噬相关信号通路

研究认为，自噬在生物体生长过程中具有双重作用，当细胞处于缺氧、饥饿及营养不足等应激状态下，短时间内自噬的产生有助于清除细胞内产生的代谢产物，延缓细胞凋亡，保护细胞；而在长时间的应激状态下，自噬的产生则可能损害细胞，加速细胞凋亡或死亡[38]。鉴于自噬对细胞的这种双重作用，研究自噬相关信号通路显得尤为重要。明确自噬相关信号通路有助于研究者把握自噬在不同疾病中的发生发展规律，进而寻找适当干预靶点以期缓解或治愈疾病。自噬相关信号通路的相互作用错综复杂，相关调控因子也多种多样，目前研究尚未能完全明确。近年来，研究较多的有mTOR相关信号通路、活性氧类(reactive oxygen species，ROS)信号通路及核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)信号通路等。

3.1mTOR相关信号通路 mTOR属于磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)相关激酶家族，是一个高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，主要通过整合细胞外及细胞内的信号变化，激活下游效应蛋白，调控细胞的生长增殖、能量代谢及蛋白合成等，是细胞自噬的关键调控蛋白[6]。mTOR与其他调节蛋白相互作用可形成两种复合物(mTORC1和mTORC2)，其中mTORC1是自噬负向调控的关键蛋白之一，而mTORC2主要参与细胞骨架及细胞运动的调控[13]。mTOR是多种自噬相关信号通路的汇合点，它能通过整合细胞内外的信号调控自噬。其上游信号通路有PI3K/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB或Akt)/mTOR、促分裂原活化的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)/mTOR、p53/mTOR等。

PI3K/Akt/mTOR信号通路是调控自噬的主要通路，在多种细胞中对自噬呈负向调控作用[6]。当细胞接受营养物质信号时，来自细胞膜生长因子受体激活的信号传递至PI3K，PI3K在调节亚基p85与靶蛋白结合并激活p110催化亚基的作用下被活化，活化的PI3K产生第二信使磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸，进一步使Akt发生磷酸化，激活Akt，活化的Akt可解除对mTORC1的抑制作用，最终使PI3K/Akt/mTOR信号通路激活，激活的PI3K/Akt/mTOR信号通路使ATG13蛋白等活性降低，LC3-Ⅰ转化为LC3-Ⅱ能力下降，自噬体形成减少，从而抑制自噬[39-40]。

除PI3K/Akt/mTOR信号通路外，mTOR的上游通路还有MAPK/mTOR通路及p53/mTOR通路等。当细胞生存所需能量缺乏时，MAPK被激活，活化的MAPK磷酸化结节硬化症复合体2和mTOR调控相关蛋白，进而抑制mTORC1活性，激活自噬。此外，MAPK还可通过活化ULK1，进而活化ULK1复合物，启动自噬[41]。而在缺氧、氧化应激等刺激下，p53被活化，在细胞质中通过直接或间接方式激活mTOR的上游调节蛋白，进而影响自噬[41]。

3.2ROS信号通路 研究发现，氧化应激与自噬既相互作用又相互影响，氧化应激中所产生的大量ROS可能通过破坏细胞稳态，诱导自噬；而自噬反过来又可以通过吞噬和降解氧化产物而缓解氧化损伤[42]。氧化应激调控自噬的机制可分为转录前和转录后调控，涉及多种信号通路，包括ROS-叉头框转录因子O3-LC3/Bcl-2/腺病毒E1B 19kDa相互作用蛋白3(Bcl-2/adenovirus E1B 19kDa interacting protein 3，BNIP3)、ROS-核因子E2相关因子2-p62、ROS-缺氧诱导因子-1-BNIP3/NIP3样蛋白X以及ROS-TP53诱导的糖酵解和凋亡调节因子等信号通路。当细胞处于缺血再灌注、肿瘤或饥饿等病理条件下时，细胞发生氧化应激，并产生大量ROS，随后缺氧诱导因子-1、p53、叉头框转录因子O3和核因子E2相关因子2等调控因子被顺序激活，进而刺激BNIP3/NIP3样蛋白X、TP53诱导的糖酵解和凋亡调节因子、LC3/BNIP3和p62的转录，最终诱导自噬；而自噬的激活又可以通过分子伴侣介导的自噬、p62、线粒体自噬等途径吞噬和降解氧化产物，减少ROS，缓解氧化损伤[43-45]。目前，ROS信号通路调控自噬的分子机制在不同疾病中不同，仍需进一步深入研究。

3.3NF-κB信号通路 目前已有研究发现，在细胞因子复杂的网络关联中起着中心调控作用的NF-κB可以通过Akt/mTOR信号通路调控自噬[46]。NF-κB信号通路对自噬的调控作用较复杂，在不同疾病中各有差异。在某些疾病模型的研究中，NF-κB可负向调节自噬。如Yi等[47]在脂多糖诱导的人退变性髓核细胞的研究中发现，通过抑制NF-κB活性，可进一步抑制Akt/mTOR通路，进而激活自噬，并抑制炎症及凋亡。Yang等[48]在谷氨酸刺激的大脑皮质星形胶质细胞研究中证实，氯胺酮可激活NF-κB信号通路，抑制自噬，通过负向调节自噬减轻细胞凋亡。而在另一些疾病模型中，NF-κB可正向调控自噬，如在葡萄糖缺乏的乳腺癌MCF-7体外细胞模型中，学者发现NF-κB信号通路的激活可促进自噬，抑制细胞凋亡[49]。且禽流感病毒H5N1诱导的肺炎模型研究也证实，NF-κB信号通路的激活可促进自噬，进而加重肺部炎症[50]。另外，在NF-κB调控自噬的同时，自噬相关调控因子也反过来调控NF-κB的活性。Peng等[51]研究证实在肾损伤中，肾小管上皮细胞ATG5蛋白介导的自噬可抑制NF-κB信号通路缓解炎症反应。然而，目前NF-κB信号通路对自噬的调控作用及具体分子机制仍未完全明确，其在不同疾病中存在保护作用或损害作用仍存在争议，有待进一步深入探索。

3.4其他信号通路 除了以上提及的信号通路以外，因信号通路中各调节因子之间的激活可存在多种交联，故各信号通路之间可能相互联系并形成网络结构共同调控细胞内自噬的变化，这一交联过程可能涉及更多的调控因子及信号通路，如Beclin-1/Bcl-2、Hedgehog信号通路等。在Beclin-1/Bcl-2信号通路的研究中发现，Beclin-1具有诱导自噬的作用，而Bcl-2具有抑制自噬的作用；正常生理情况下，Beclin-1与Bcl-2相结合形成复合体，动态调节细胞内自噬，维持细胞稳态；而当细胞营养缺乏或受到其他刺激时，两者发生解离，进而导致细胞内自噬紊乱，细胞稳态失衡[52]。另有研究发现，Hh信号通路具有调节细胞内自噬的作用，但其在不同疾病中对自噬的调节作用不尽相同，具体分子调控机制仍存在较大争议，需进一步深入研究[53]。

4 自噬相关信号通路在AP自噬中的作用

4.1mTOR相关信号通路 近年来，有关mTOR相关信号通路在AP自噬中的作用越来越受到关注。研究发现，柴胡皂苷D或泛癸利酮可通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路抑制胰腺星状细胞的自噬，改善胰腺纤维化[54-55]。Wang等[56]研究发现，在雨蛙肽诱导的AP小鼠模型中，雨蛙肽能够激活mTOR，抑制自噬，并减少胰腺腺泡细胞内溶酶体的数量，导致小鼠胰腺自噬不足。Ji等[37]研究发现，硫化氢可通过激活MAPK，抑制mTOR，使自噬过度激活，从而加重牛磺胆酸诱导的AP。Mei等[57]在高三酰甘油诱导的AP模型的研究中发现，高三酰甘油可使AP自噬通量受损加重，这可能与内质网应激密切相关，而mTOR抑制剂雷帕霉素可通过抑制mTORC1/核糖体蛋白S6激酶通路减轻高三酰甘油对AP自噬的加重。Zhang等[58]研究发现，miR-155可通过与mTORC2结构中的主要靶点mTOR调控相关蛋白相互作用，加重雨蛙肽刺激的胰腺腺泡细胞自噬受损。Fan等[59]研究证实，p38 MAPK通路中的亚结构p38α通过调控炎症因子和自噬加重雨蛙肽诱导的AP。然而，目前mTOR信号通路复杂，涉及多种调控因子相互作用，故其在AP中的作用及分子机制仍需深入研究。

4.2ROS信号通路及NF-κB信号通路 近年来，除了mTOR相关信号通路外，ROS信号通路及NF-κB信号通路在AP自噬中的作用及分子机制也逐渐受到重视。在ROS信号通路方面，目前研究已证实砷可以通过线粒体ROS-自噬-溶酶体途径导致胰腺功能障碍[60]；此外，还有研究证实泛癸利酮可通过ROS/mTOR信号通路改善胰腺纤维化[61]。然而，关于ROS信号通路在AP自噬中的作用机制研究仍较少，其具体分子调控机制仍有待进一步研究。

鉴于AP发生自噬受损过程的复杂变化，NF-κB信号通路在AP自噬中的调控作用仍存在较大争议。已有研究发现，在ANP时，NF-κB信号通路可能诱导自噬，使自噬过度激活，加重ANP，而靶向抑制NF-κB信号通路则可降低ANP的严重程度[62]。此外，Piao等[63]研究发现玄参提取物胡黄连苷Ⅱ可通过抑制NF-κB依赖性自噬提高大鼠重症AP模型中的抗氧化和抗炎活性来改善重症AP。Wan等[64]研究证实，3-甲基腺苷可通过抑制NF-κB信号通路降低自噬通量，改善由雨蛙肽+脂多糖及左旋精氨酸诱导的两种AP小鼠的全身器官损伤。可见，NF-κB信号通路的激活可能正向调控AP自噬，促进AP自噬的发生，增加AP的炎症反应，加重AP对机体的损害。然而，目前有关NF-κB信号通路在AP自噬调控中的具体分子机制仍需进一步研究。

4.3其他信号通路 除了mTOR、ROS及NF-κB等自噬相关信号通路外，目前仍有一些其他信号通路与AP自噬相关。如Hu等[65]在研究长链非编码RNA与自噬的关系时，发现长链非编码RNA浆细胞瘤变异易位1在牛磺胆酸钠诱导的AP中表达上调，且能够靶向调节miR-30a-5p/ beclin-1介导的自噬信号通路，进而使AP腺泡细胞中的自噬异常活化。Zhang等[66]对雨蛙肽诱导的AP模型进行研究发现，丙二醇海藻酸钠通过抑制MAPK/胞外信号调节激酶信号通路抑制自噬和凋亡，减轻AP损伤。

5 小 结

自噬是AP发生的早期重要事件，自噬相关信号通路相互交联影响AP发生发展的进程。在AP发生早期，自噬激活，自噬小体形成，但自噬体与溶酶体融合障碍，自噬过程不能完成，自噬受损。然而这一过程涉及多种复杂的自噬相关信号通路的调控，包括PI3K/Akt/mTOR、MAPK/mTOR、p53/mTOR等mTOR相关信号通路、ROS信号通路、NF-κB信号通路及其他信号通路等，这些自噬相关信号通路之间存在广泛的关联，相互影响，共同调控自噬，影响AP发生发展。目前针对自噬及自噬相关信号通路在AP的研究仍处于初步阶段，信号通路之间的协调和相互影响仍未完全明确，仍可能存在未知的新的信号通路和调控机制。相信随着自噬相关信号通路及分子调控机制的深入研究，靶向干预细胞自噬分子调控信号通路有望成为AP预防和治疗的新手段，为AP的临床治疗提供新方法。