支氣管哮喘與細胞自噬

馬龍艷，吳琦

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支氣管哮喘與細胞自噬

馬龍艷，吳琦△

摘要：近年來，隨著人們對細胞生物學、遺傳學研究的不斷深入，細胞自噬在支氣管哮喘（以下簡稱為哮喘）中的作用日趨明朗，特別在遺傳因素、氧化應激和環(huán)境等方面，自噬調(diào)控可能直接影響哮喘的發(fā)生和發(fā)展，這將有望成為哮喘治療的新方向。本文就細胞自噬、細胞自噬與哮喘的關系進行論述。

關鍵詞：哮喘；自噬；氧化性應激；遺傳學；環(huán)境

當哮喘發(fā)病機制更深入的研究陷入瓶頸的時候，細胞自噬（autophagy or autophagocytosis）已悄然成為該領域研究的一個新方向。關于細胞自噬的研究已歷時半個多世紀，但其與哮喘關系的研究在近幾年才蓬勃興起，相關理論還未正式應用于臨床，但已能從中看到了控制哮喘的希望。

1　細胞自噬研究的興起

細胞自噬是細胞利用溶酶體降解自身受損的細胞器和大分子物質(zhì)的過程。此概念最早于上世紀50年代由比利時Christian de Duve提出，他利用電鏡首次觀察到自噬體這一亞細胞結(jié)構(gòu)[1]，自此掀起了對自噬研究的熱潮。Kovács等[2]通過透射電鏡逐步觀察到3種特征性形態(tài)結(jié)構(gòu)，初步闡明了細胞自噬過程：（1）吞噬泡（phagophore），其特征為新月狀或杯狀，雙層或多層膜，有包繞胞漿成分的趨勢。（2）自噬小體（autophagosome），其特征為雙層或多層膜的液泡狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含胞漿成分，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體等。（3）自噬溶酶體（autolysosome），其特征為單層膜，胞漿成分已降解。1993年Tsukada等[3]首次在酵母菌中篩選出自噬相關基因（autopha?gy-related gene,ATG），將細胞自噬帶入了分子基因時代。目前在酵母菌中已經(jīng)鑒定出數(shù)十種自噬相關基因，其在哺乳動物中的同源基因也逐漸被鑒定。微管相關蛋白l輕鏈3 （LC3）是哺乳動物中酵母ATG8基因的同源物，位于前自噬泡和自噬泡膜表面，是細胞自噬泡膜的通用標志物，通過構(gòu)建LC3與綠色熒光蛋白（GFP）的融合蛋白，在熒光顯微鏡下根據(jù)LC3在細胞中的定位示蹤自噬的過程，同時利用West?ern blot檢測LC3-Ⅱ/Ⅰ比值的變化也可對此進行評價。電鏡技術(shù)、染色技術(shù)、基因轉(zhuǎn)染技術(shù)、分子生物學技術(shù)、自噬激活劑和抑制劑的應用等是目前研究細胞自噬的常用方法。

2　支氣管哮喘研究的瓶頸

人們對哮喘的認識從最初的一個癥狀，到后來的過敏性疾病、氣道高反應性（AHR）疾病及目前的氣道慢性炎癥性疾病，逐步揭示著哮喘的發(fā)病機制，每一次對哮喘的重新認識，都會帶來治療重點的變革。從支氣管舒張劑的使用，到糖皮質(zhì)激素、白三烯調(diào)節(jié)劑、色甘酸鈉的引入，以及免疫療法、支氣管熱成形術(shù)等，雖可使哮喘癥狀及急性發(fā)作次數(shù)得到控制，但難以治愈，所以人們期待從根本上尋找更好的解決辦法。

在哮喘病生理學機制研究中，調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cell,Treg）是近年來提出調(diào)控氣道炎癥的重要細胞。目前很多研究結(jié)論證實Th1/Th2失衡即Th2免疫反應占優(yōu)勢是哮喘發(fā)病機制的基石[4]。這種慢性氣道炎癥導致了AHR，氣道上皮損傷是AHR的特征之一，而氣道重塑的機制則強調(diào)了氣道上皮細胞在支氣管哮喘發(fā)病中的啟動和主導作用。但在哮喘發(fā)生發(fā)展過程中，氣道上皮黏膜的損傷與修復機制仍有待進一步揭示。

3　支氣管哮喘中的細胞自噬

細胞自噬參與了多種人類疾病的病理生理過程，目前已被證實的疾病包括惡性腫瘤、神經(jīng)變性性疾病、病原體感染等[5-7]，細胞自噬是其形成過程中的重要調(diào)控機制。近年來在哮喘發(fā)病機制的研究中，細胞自噬逐漸被人們所認識，尤其在遺傳因素、氧化應激和環(huán)境等方面。

哮喘患者的一級親屬患哮喘的風險是一般人群的5～6 倍[8]，且單卵雙胞胎哮喘的遺傳率明顯高于雙卵雙胞胎，可達到35%～90%[9-11]。Poon等[12]檢測了39個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism,SNP）位點，發(fā)現(xiàn)自噬途徑基因SNPrs12212740的突變可能影響哮喘的嚴重程度，同時，在中度哮喘患者的成纖維細胞和上皮細胞中均可檢出雙層膜自噬體，并在其外膜上檢出了ATG5與ATG12、ATG6形成的復合物，而健康人群則沒有或極少。因此，哮喘也被認定為是一種具有明顯家族聚集傾向的多基因遺傳性疾病。我國約有3 000萬哮喘患者，目前尚缺乏大樣本遺傳相關數(shù)據(jù)。隨著“精準醫(yī)學”的發(fā)展，將來利用基因矯正技術(shù)靶向治療遺傳性哮喘已顯現(xiàn)出一些趨勢。

活性自由基在氣道炎癥中發(fā)揮著重要作用，是影響哮喘嚴重程度的重要氧化應激因素[13]。一氧化氮（nitric oxide, NO）是哮喘患者氣道特征性氣體成分，臨床上可根據(jù)氣道NO呼出量來判斷哮喘的炎癥程度[14]。大量研究證實NO在多組織中抑制細胞自噬功能[15-16]?；钚匝酰╮eactive oxidative species,ROS）參與和誘導細胞自噬的過程，在中重度哮喘患者的肺部，大量分泌的細胞因子和過量的ROS加重了細胞的氧化應激，研究表明重度哮喘患者中自噬體明顯高于輕度哮喘患者及健康人群，轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）-β1在氣道重塑和細胞自噬相互作用中可能發(fā)揮作用，自噬可以控制哮喘的慢性氧化應激水平和促進TGF-β1介導的氣道重塑[17]。調(diào)控細胞自噬能力有望較好地控制哮喘。

環(huán)境因素也與哮喘發(fā)病密切相關，吸入變應原是哮喘重要的激發(fā)因素之一。環(huán)境因素通過T細胞調(diào)控的免疫介質(zhì)釋放機制作用于氣道，產(chǎn)生炎癥及AHR，現(xiàn)已有研究發(fā)現(xiàn)自噬與哮喘之間可能通過mTOR信號調(diào)控細胞自噬并調(diào)節(jié)Th1與Th2細胞因子，從而影響哮喘的發(fā)生發(fā)展[18]。

綜上，細胞自噬與哮喘之間的關系越來越為人們所關注，目前已發(fā)現(xiàn)mTOR、ROS-JNK等信號通路可以對自噬進行調(diào)控，可影響ATG5等細胞自噬基因的表達，通過以上信號通路的調(diào)控可能直接干預哮喘的發(fā)生和發(fā)展，這將有望成為哮喘治療的新方向。

參考文獻

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（2015-10-10收稿2015-10-15修回）

（本文編輯李國琪）

Bronchial asthma and autophagy

MA Longyan, WU Qi△
Tianjinhaihehospital, Tianjin Institute of Respiratory Diseases, Tianjin 300350, China△Corresponding Author E-mail: wq572004@163.com

Abstract：In recent years, with the further study of cell biology and genetics, the role of autophagy in bronchial asthma is becomingmore andmore obvious.Especially in the aspects of genetic factors, oxidative stress and environment, autophagy regulationmay directly affect the occurrence and development of asthma, whichmay become a new direction of asthma treat?ment.In this review we will discuss what is autophagy, and the relationship between autophagy and asthma.

Key words：asthma; autophagy; oxidative stress; genetics; environment

通訊作者△E-mail：wq572004@163.com

作者簡介：馬龍艷（1981），女，主治醫(yī)師，碩士，主要從事呼吸、危重癥疾病研究

基金項目：國家自然科學基金資助項目（31471211）；天津市應用基礎與前沿技術(shù)研究計劃項目（13JCYBJC40000，14JCYBJC25700）

中圖分類號：R562.25

文獻標志碼：A

DOI:10.11958/20150214

作者單位：天津市海河醫(yī)院，天津市呼吸疾病研究所（郵編300350）