細(xì)胞自噬在肝臟疾病中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

陳曉龍 張明亮 余祖江 闞全程

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 感染科 河南 鄭州450052)

自噬又名自我消化，是細(xì)胞生長(zhǎng)、發(fā)育以及維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的關(guān)鍵途徑［1］。在細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)需消化的蛋白質(zhì)、細(xì)胞器等會(huì)被多層膜結(jié)構(gòu)包被的形成自噬體，溶酶體參與并降解其所包被的內(nèi)容物，從而細(xì)胞完成自身的新陳代謝和生長(zhǎng)發(fā)育。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬與多種肝臟疾病發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，為此本文對(duì)細(xì)胞自噬及其在肝臟疾病中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞自噬

1.1 定義 細(xì)胞自噬是真核生物中一種依賴(lài)溶酶體的、用于降解和回收利用細(xì)胞內(nèi)生物大分子和受損細(xì)胞器的細(xì)胞途徑。根據(jù)細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)入溶酶體不同過(guò)程，細(xì)胞自噬可分為3 種:巨自噬、微自噬及分子伴侶介導(dǎo)的自噬［2］。當(dāng)前，研究最廣泛、最清楚的巨自噬被狹義地定義成細(xì)胞自噬［3］，其底物由非溶酶體來(lái)源的雙層膜結(jié)構(gòu)包裹形成自噬泡，然后與溶酶體融合完成降解，是真核生物細(xì)胞代謝過(guò)程中的主要方式。微自噬則是由溶酶體膜的包裹底物形成，并在溶酶體中完成降解。而分子伴侶介導(dǎo)的自噬是一種可溶性蛋白質(zhì)底物被分子伴侶選擇性的識(shí)別、結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體中完成降解［4］。

1.2 過(guò)程 細(xì)胞自噬可通過(guò)完成吞噬泡、自噬體、自噬溶酶體3 個(gè)步驟，生成氨基酸、脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并輸送到胞漿，供細(xì)胞重新利用，而殘?jiān)虮慌懦黾?xì)胞外或滯留在胞漿中。

1.3 調(diào)控 細(xì)胞自噬受到多種自噬基因(Beclin1、Atg5 和Atg9等)的嚴(yán)密調(diào)節(jié)使其在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和應(yīng)對(duì)突如其來(lái)的刺激時(shí)變化自如?，F(xiàn)今研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞在內(nèi)、外界環(huán)境變化時(shí)主要依賴(lài)哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)通路調(diào)控細(xì)胞自噬的發(fā)生及強(qiáng)弱程度。而AMP 依賴(lài)的蛋白激酶(adenosine 5’－monophosphate－activated protein kinase，AMPK)是細(xì)胞中感受能量狀態(tài)調(diào)節(jié)代謝的另一個(gè)蛋白激酶，在自噬發(fā)生的調(diào)控中也發(fā)揮著重要的作用［5］。

1.4 作用 在基礎(chǔ)條件下，細(xì)胞自噬以細(xì)胞較低水平的形式在細(xì)胞分化、生長(zhǎng)發(fā)育、預(yù)防神經(jīng)變性、調(diào)節(jié)免疫等方面發(fā)揮著積極作用，同時(shí)在饑餓、缺氧、DNA 損傷等條件下皆可誘導(dǎo)自噬增多保護(hù)細(xì)胞［6］。但是，如果細(xì)胞自噬過(guò)度活躍會(huì)損傷正常的細(xì)胞器，造成自噬性死亡［7］。

2 細(xì)胞自噬與肝臟疾病

2.1 急性肝損傷 研究數(shù)據(jù)顯示，在酒精、脂多糖聯(lián)合D－氨基半乳糖(lipopolysaccharide/D－ galactosamine，LPS/D－ Gal)、對(duì)乙酰氨基酚(acetaminophen，APAP)、刀豆球蛋白(concanavain A，Con A)等誘導(dǎo)的動(dòng)物模型急性肝損傷(acute liver injury，ALI)中，細(xì)胞自噬發(fā)生均增多，但其作用并不完全相同，在酒精、LPS/D－GalN、APAP 誘導(dǎo)的ALI 中起保護(hù)性作用，而在Con A 誘導(dǎo)的ALI 則促進(jìn)肝細(xì)胞死亡，見(jiàn)表1。

表1 自噬在ALI 中的變化、作用及機(jī)制

細(xì)胞自噬在人體急性肝衰竭中的數(shù)據(jù)卻不肯定，僅有報(bào)道因神經(jīng)性厭食導(dǎo)致的急性肝功能不全中自噬增強(qiáng)，細(xì)胞自噬可能具有保護(hù)和損害細(xì)胞的雙重作用。在患者體質(zhì)量下降前期，代償?shù)母喂δ芴崾咀允煽梢缘钟鶢I(yíng)養(yǎng)缺乏對(duì)肝細(xì)胞的損害;當(dāng)患者體質(zhì)量指數(shù)下降到13 或更低時(shí)，丙氨酸轉(zhuǎn)移酶(alanine transaminase，ALT)數(shù)值升高，肝細(xì)胞中包含大量的自噬泡，此時(shí)肝細(xì)胞則呈現(xiàn)出典型的自噬性細(xì)胞死亡。這種類(lèi)型的細(xì)胞死亡可以解釋ALT 水平增高，凋亡時(shí)細(xì)胞膜通透性增加，ALT釋放于血液中從而被檢測(cè)到。

2.2 肝臟缺血再灌注損傷 在肝移植、肝外傷、休克及選擇性肝臟切除術(shù)過(guò)程中都會(huì)發(fā)生缺血再灌注對(duì)肝臟的損傷。在缺血再灌注損傷的整個(gè)過(guò)程中，均有細(xì)胞自噬的參與且機(jī)體會(huì)上調(diào)自噬水平［13］，但在缺血階段和再灌注階段，自噬有可能發(fā)揮不同的作用。在缺血階段，細(xì)胞自噬發(fā)揮保護(hù)細(xì)胞的作用。近年來(lái)，大量缺血缺氧動(dòng)物模型、細(xì)胞培養(yǎng)及人體的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，細(xì)胞自噬不僅對(duì)營(yíng)養(yǎng)缺乏狀態(tài)下的細(xì)胞起保護(hù)作用，而且能促進(jìn)細(xì)胞存活。例如:在大鼠實(shí)驗(yàn)中，大鼠肝臟耐受缺血性損傷的水平隨自噬增強(qiáng)而升高［14］。同時(shí)，臨床研究發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注損傷患者的治療效果也隨自噬的增強(qiáng)有所提高［15］。在細(xì)胞缺血缺氧階段，機(jī)體主要通過(guò)mTOR 途徑誘導(dǎo)自噬的產(chǎn)生，從而起到保護(hù)細(xì)胞、促進(jìn)細(xì)胞存活的作用，其作用機(jī)制有可能是通過(guò)抑制凋亡而促使缺血細(xì)胞存活。而在再灌注階段，自噬可能會(huì)進(jìn)一步加重細(xì)胞損傷甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。在大鼠實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)缺血后再灌注時(shí)，自噬進(jìn)一步增強(qiáng)引起肝臟細(xì)胞大面積壞死［14］。強(qiáng)烈的細(xì)胞自噬引起的細(xì)胞壞死，可能伴隨細(xì)胞凋亡。誘導(dǎo)凋亡的物質(zhì)可能同時(shí)誘導(dǎo)自噬，因此自噬與凋亡在分子調(diào)控通路上可能存在相同的調(diào)控物，其作用機(jī)制可能與Beclin1與Bcl2 之間的相互作用相關(guān)。

2.3 病毒性肝炎 除了在生理狀態(tài)下維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)外，細(xì)胞自噬還具有一定的適應(yīng)性固有免疫應(yīng)答功能，通過(guò)吞噬細(xì)胞內(nèi)病原體執(zhí)行天然免疫功能。不同病毒侵入機(jī)體時(shí)，細(xì)胞自噬可能行使不同的功能。在抑制病毒復(fù)制時(shí)，細(xì)胞自噬通過(guò)異自噬(xenophagy)功能降解病毒的蛋白或病毒的完整顆粒。在增強(qiáng)病毒復(fù)制時(shí)，細(xì)胞自噬可能被病毒抑制，甚至于被利用完成自身復(fù)制與非裂解細(xì)胞型釋放。乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)或丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)能夠依據(jù)自我復(fù)制的變化而調(diào)節(jié)自噬的水平［16］。研究結(jié)果顯示病毒HBV 能夠激活被感染機(jī)體的自噬并且增強(qiáng)自身的復(fù)制［17］。有研究發(fā)現(xiàn)HBV 利用X 蛋白誘導(dǎo)自噬［18］，X 蛋白與磷脂酰肌醇3－激酶(phosphatidylinositol 3kinase class Ⅲ，PI3KC3)結(jié)合并且增強(qiáng)PI3KC3 的酶活性，增強(qiáng)HBV 的復(fù)制。與HCV 相比，HBV 不抑制自噬體向自噬溶酶體的轉(zhuǎn)化。研究發(fā)現(xiàn)HCV 可引起細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及未折疊蛋白的應(yīng)答并可能阻止自噬體與溶酶體的融合，而引起自噬小體的積累［29］，但這種自噬小體無(wú)法有效清除病毒。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)如果抑制Atg、Beclin1 等基因，可降低HCV 的RNA 復(fù)制水平［20－21］，因此HCV 的復(fù)制是必須依賴(lài)與宿主細(xì)胞的自噬。

2.4 酒精性肝病 長(zhǎng)期大量飲酒能夠引起脂肪肝、肝硬化及酒精性肝病等多種慢性肝損傷。一般情況下，細(xì)胞自噬組織酒精引起的細(xì)胞凋亡［1］。在動(dòng)物試驗(yàn)中，長(zhǎng)期經(jīng)口給予小鼠酒精使其肝細(xì)胞中的AMPK 活性降低，導(dǎo)致mTOR 途徑變化引起自噬水平降低［22］;另一方面酒精可阻止肝細(xì)胞中的囊泡運(yùn)輸，抑制蛋白代謝，最終產(chǎn)生Mallory－ Denk 體，從而使自噬水平降低。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，酒精可引起蛋白分解下降致使p62 蛋白蓄積，其促使轉(zhuǎn)錄因子Nrf2 活性增高，最終導(dǎo)致嚴(yán)重肝臟損傷［23］。然而，細(xì)胞自噬可能引起脂滴的丟失并且促進(jìn)肝星狀細(xì)胞(Hepatic stellate cells，HSC)的活化，最終HSC 導(dǎo)致肝纖維化形成［24］。

2.5 非酒精性肝病 在脂類(lèi)代謝過(guò)程中細(xì)胞自噬參與并調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的儲(chǔ)存并且參與保護(hù)肝臟細(xì)胞的存活［25］。在自噬過(guò)程中肝臟細(xì)胞對(duì)細(xì)胞內(nèi)脂肪滴進(jìn)行吞噬形成自噬體，并與溶酶體融合形成自噬溶酶體，對(duì)脂肪滴分解形成游離脂肪酸［26］，形成肝細(xì)胞分解脂質(zhì)另一條途徑，從而可以迅速形成大量脂質(zhì)，滿(mǎn)足機(jī)體需要。在非酒精性肝病動(dòng)物模型中，其自噬水平表現(xiàn)為抑制，但在模型早期，細(xì)胞自噬通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)分解抑制脂肪蓄積并阻止細(xì)胞凋亡而保護(hù)肝臟細(xì)胞［27］。在高脂喂食動(dòng)物試驗(yàn)中，細(xì)胞自噬受到抑制，同時(shí)發(fā)現(xiàn)伴隨有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、胰島素抵抗及線(xiàn)粒體損傷［28］。這些研究反映細(xì)胞自噬功能抑制可能和非酒精性肝病發(fā)生有關(guān)。

2.6 肝細(xì)胞性肝癌 研究結(jié)果表明，細(xì)胞自噬在肝癌發(fā)生、發(fā)展中表現(xiàn)為抑癌功能［29］。Atg5 或Atg7 自噬基因敲除小鼠模型中，Atg5 或Atg7 基因敲除的小鼠肝臟腫瘤發(fā)生率顯著高于正常小鼠，而其細(xì)胞自噬水平顯著低于正常小鼠［30］。因此細(xì)胞自噬基因在腫瘤發(fā)生中起著重要的作用。臨床研究發(fā)現(xiàn)，在肝癌患者肝移植術(shù)后給予雷帕霉素(自噬促進(jìn)劑)治療，患者治療效果明顯高于未干預(yù)組［31］。但是在肝癌晚期，肝癌細(xì)胞能夠通過(guò)細(xì)胞自噬在缺血、缺氧的環(huán)境中得以生長(zhǎng)。因此，細(xì)胞自噬與肝癌密切相關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

細(xì)胞自噬是一種保守的細(xì)胞防御機(jī)制，又是細(xì)胞程序性死亡方式之一。細(xì)胞自噬在不同的肝臟疾病或相同肝臟疾病的不同階段，既能發(fā)揮保護(hù)作用，也能起到破壞作用。然而在多種肝臟疾病中，細(xì)胞自噬對(duì)細(xì)胞起到保護(hù)作用。隨著細(xì)胞自噬與各種肝臟疾病研究的深入，將更清晰認(rèn)識(shí)各種肝臟疾病發(fā)病機(jī)制，并通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬水平治療肝臟疾病將會(huì)成為可能。

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