新型選擇性自噬
——酶噬及其在胰腺炎中的作用研究進(jìn)展

李潔 湛先保

程序性細(xì)胞死亡是多細(xì)胞生物生命過程中重要的生理和病理現(xiàn)象，它在維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著重要的作用。目前認(rèn)為細(xì)胞的死亡形式分為凋亡性程序性細(xì)胞死亡(apoptosis)、自噬性程序性細(xì)胞死亡(autophagy)和細(xì)胞壞死(necrosis)3種類型[1]。其中，自噬被大部分學(xué)者稱為Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡，在細(xì)胞的生長、發(fā)育和疾病發(fā)生中起著非常重要的作用。本文主要就自噬的最新研究進(jìn)展及其在急性胰腺炎的發(fā)生發(fā)展中的作用做一總結(jié)。

一、自噬的歷史

40余年前，Ashford和Porter[2]在觀察大鼠的肝細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)了一種含有半消化的線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜結(jié)合囊泡結(jié)構(gòu)，Novikoff和Essner[3]也觀察到了含有溶酶體水解酶的相同的結(jié)構(gòu)，但并沒有固定的詞語來描述它。1年以后，比利時科學(xué)家De Duve在溶酶體國際研討會上首先提出了“自噬”這種說法，用來描述這種包裹著細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器的單層或雙層膜的囊泡結(jié)構(gòu)[4]。自噬最初被發(fā)現(xiàn)時，人們感到非常困惑，為什么細(xì)胞會消化吞噬自己的組件？當(dāng)時的假說認(rèn)為自噬的機制僅僅是清理垃圾。然而，經(jīng)過幾十年來學(xué)者們的不懈研究，已經(jīng)認(rèn)識到這種“自食”不僅可以清除細(xì)胞內(nèi)錯誤折疊的蛋白質(zhì)或長壽命蛋白、多余或受損的細(xì)胞器及入侵的微生物，同時也是一種細(xì)胞適應(yīng)性保護(hù)反應(yīng)，并可以通過降解和回收利用細(xì)胞組分以提供營養(yǎng)物質(zhì)和能量，特別是在細(xì)胞饑餓時保證細(xì)胞的存活[5]。隨著對其分子機制、生理功能和在病理過程中的作用的不斷了解，發(fā)現(xiàn)自噬涉及的領(lǐng)域非常廣泛，并在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，如腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、免疫應(yīng)答、發(fā)育和衰老等。

二、新型選擇性自噬——酶噬

近年來，有證據(jù)表明在某些疾病及生理現(xiàn)象中存在不同類型的選擇性自噬的降解途徑。在選擇性自噬中，像蛋白聚體、線粒體、核糖體、過氧化物酶等一些單一的蛋白和細(xì)胞結(jié)構(gòu)可專門通過自噬體吞噬和降解[6]，但是識別機制目前尚不清楚。有新的證據(jù)表明泛素參與了選擇性自噬的過程，比如泛素化人工底物可以被自噬機制所識別，并通過p62蛋白依賴性機制在溶酶體中降解[7]。此外，選擇性降解饑餓時多余的核糖體也依賴于Ubp3/Bre5的去泛素化活動[8]。2011年Grasso等[9]通過對實驗性急性胰腺炎時空泡膜蛋白-1(VMP-1)介導(dǎo)的自噬研究，發(fā)現(xiàn)了一種新型的選擇性自噬過程，并命名為“酶噬”(zymophagy)。酶噬作為一種新型的選擇性自噬形式，可以通過包裹和降解具有潛在活性的酶原顆粒，降低細(xì)胞內(nèi)活化的胰蛋白酶含量，從而保護(hù)胰腺的自我消化。

1．酶噬與急性胰腺炎：急性胰腺炎是最常見的胰腺疾病，一般情況下它是一種自限性疾病，但仍然有大約15%～20%左右的急性胰腺炎會發(fā)展為重癥，病情危重，預(yù)后兇險，病死率高達(dá)20%左右[10]。目前認(rèn)為胰腺炎的發(fā)生與胰酶對胰腺的自身消化有關(guān)，而酶噬的發(fā)現(xiàn)有助于我們從自噬的途徑來了解急性胰腺炎發(fā)病的分子機制。正常情況下，胰腺細(xì)胞內(nèi)胰蛋白酶是以酶原的形式存在于分泌囊泡中，不具有活性。在某些因素的誘導(dǎo)下酶原被激活，引起腺泡細(xì)胞死亡，胰腺組織出血、壞死、水腫甚至胰腺實質(zhì)完全被破壞[11]。Grasso等[9]成功構(gòu)建了轉(zhuǎn)基因小鼠和AR42J細(xì)胞的急性胰腺炎模型并進(jìn)行一系列的研究，發(fā)現(xiàn)酶噬最顯著的特點在于形成含有酶原顆粒的自噬體，是由VMP1-USP9x-p62介導(dǎo)的新型選擇性自噬通路，其功能可識別和降解激活的酶原顆粒，并選擇性地隔離酶原顆粒防止胰蛋白酶的活化，預(yù)防胰腺腺泡細(xì)胞的壞死[9]。通過研究人類、小鼠和培養(yǎng)的腺泡細(xì)胞中不同成熟水平的細(xì)胞器自噬過程，發(fā)現(xiàn)自噬流的進(jìn)程中需要溶酶體來發(fā)揮其降解分泌顆粒的功能。這種類型的選擇性自噬可以作為一種細(xì)胞保護(hù)機制來拮抗腺泡細(xì)胞的自我消化和胰腺炎的進(jìn)展[12]。

2．觸發(fā)酶噬的分子機制：空泡膜蛋白1(VMP-1)是急性胰腺炎時表達(dá)的一種跨膜蛋白，VMP-1的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)在實驗性胰腺炎早期的腺泡細(xì)胞內(nèi)被高度激活，并且它的表達(dá)與腺泡細(xì)胞內(nèi)空泡形成有關(guān)[13]。Ropolo等[14]報道VMP-1能誘導(dǎo)自噬體的形成，而且與自噬相關(guān)蛋白LC3和Beclin-1有協(xié)同作用。p62/SQSTM1是通過自噬降解的多聚泛素結(jié)合蛋白。p62蛋白是鏈接泛素-蛋白酶體降解途徑和自噬降解途徑的重要分子，p62可以與LC3結(jié)合形成復(fù)合物，并由LC3介導(dǎo)形成自噬小體，最后與溶酶體融合完成蛋白的降解[15]。Grasso等[9]的研究表明，VMP-1和p62蛋白存在于相同的選擇性自噬途徑中，他們采用免疫熒光和免疫蛋白印跡分析的方法對實驗性急性胰腺炎時腺泡細(xì)胞中的自噬體進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這些蛋白共定位且共存于這個自噬體中，他們認(rèn)為在VMP-1介導(dǎo)的選擇性自噬通路中p62蛋白可能是作為一種受體存在的。膽囊收縮素(CCK)過度刺激腺泡細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)活化的酶原顆粒與泛素共定位也支持這一假說。為了進(jìn)一步研究VPM-1介導(dǎo)的選擇性自噬通路的意義，他們首先采用免疫熒光實驗的方法以LC3抗體和胰蛋白酶原抗體分別來識別自噬體和酶原顆粒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CCK過度刺激腺泡細(xì)胞誘導(dǎo)了LC3和酶原顆粒共定位。其后，他們又進(jìn)行了亞細(xì)胞分離研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)雨蛙素刺激后的轉(zhuǎn)基因小鼠胰腺細(xì)胞中有70%左右的自噬體含有酶原顆粒，而未經(jīng)處理的小鼠胰腺細(xì)胞含有酶原顆粒的自噬體則不到20%，證實了VMP-1介導(dǎo)的自噬選擇性地吸收了多余的酶原顆粒。在研究過程中他們還發(fā)現(xiàn)p62作為一種泛素結(jié)合蛋白可以和LC3相互作用并作為選擇性自噬途徑中的受體。

總之，LC3作為重要的標(biāo)志物參與非選擇性的自噬途徑，但并未涉及p62蛋白的作用，而在CCK誘導(dǎo)的實驗型胰腺炎中p62參與了VMP-1介導(dǎo)的選擇性自噬過程，其分子機制不同于其他類型的自噬。因此，將這個新型的自噬過程命名為酶噬以區(qū)別其他自噬。

3．酶噬在急性胰腺炎中的意義：酶噬的發(fā)現(xiàn)為人類疾病尤其是急性胰腺炎發(fā)病過程中有關(guān)自噬的分子機制提供了進(jìn)一步的了解。目前急性胰腺炎最廣為認(rèn)可的發(fā)病機制是胰腺腺泡細(xì)胞中胰蛋白酶原被提前過度激活，但胰酶激活與觸發(fā)自噬的相關(guān)機制仍然是亟待研究闡明[16]。對于自噬在急性胰腺炎中的作用目前有不同的說法。Hashimoto等[17]認(rèn)為誘導(dǎo)自噬引起胰蛋白酶原激活進(jìn)而引發(fā)胰腺炎。Halangk等[18]的研究表明過早的酶原激活導(dǎo)致了細(xì)胞死亡但并不引起自噬。Mizushima等[19]報道，禁食的小鼠胰腺組織中誘導(dǎo)了大量的自噬并伴有酶原顆粒的減少，但并沒有引起胰腺炎，提示正常的自噬功能不是急性胰腺炎的發(fā)病原因。那么是否不同類型的自噬對胰腺炎的影響不同呢？Grasso等[9]認(rèn)為酶噬是急性胰腺炎誘導(dǎo)的新型選擇性自噬，它是由CCR過度刺激而引發(fā)的，通過VMP1-USP9x-P62介導(dǎo)的泛素化自噬途徑，不同于其他類型的自噬。這種選擇性地隔離、降解激活的酶原顆粒的方式可以防止腺泡細(xì)胞死亡，它是一種保護(hù)性細(xì)胞應(yīng)答，或許這可以解釋為什么部分患者的胰腺炎具有自限性。

三、結(jié)論

酶噬作為一種新型的細(xì)胞保護(hù)機制在急性胰腺炎的病程中發(fā)揮了非常重要的功能。這種新型的選擇性自噬途徑可能也參與了其他一些分泌細(xì)胞的病理過程，比如糖尿病時胰島β細(xì)胞[20]、克羅恩病時潘氏細(xì)胞[21]等。因此，選擇性自噬是一種對病理過程的細(xì)胞程序性應(yīng)答。

參 考 文 獻(xiàn)

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