細(xì)胞自噬與凋亡關(guān)系的分子機(jī)制研究進(jìn)展

韓姣，曾凡軍，陳世雄，龔正，龔亮，行妍妍，覃黎葵

(1.三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院宜昌市中心人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖北 宜昌 443003；2.宜城市人民醫(yī)院，湖北 宜城 441400；3.暨南大學(xué)，廣東 廣州 510632；4.廣州中醫(yī)藥大學(xué)祈福醫(yī)院，廣東 廣州 511495)

細(xì)胞自噬與凋亡關(guān)系的分子機(jī)制研究進(jìn)展

韓姣1，曾凡軍2，陳世雄1，龔正1，龔亮2，行妍妍3，覃黎葵4

(1.三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院宜昌市中心人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，湖北 宜昌 443003；2.宜城市人民醫(yī)院，湖北 宜城 441400；3.暨南大學(xué)，廣東 廣州 510632；4.廣州中醫(yī)藥大學(xué)祈福醫(yī)院，廣東 廣州 511495)

自噬活躍在所有細(xì)胞中，在缺血缺氧狀態(tài)或者營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下其表達(dá)上調(diào)。誘導(dǎo)的自噬不僅促進(jìn)了受損細(xì)胞成分的降解，且為細(xì)胞提供了能量。凋亡和自噬均為程序性細(xì)胞死亡，現(xiàn)在已知自噬和凋亡在疾病病理進(jìn)展過(guò)程中起著重要作用，包括神經(jīng)退行性病變、老化、癌癥、自身免疫疾病。本文就自噬與凋亡關(guān)系的分子機(jī)制研究進(jìn)展做一綜述。

自噬；凋亡；細(xì)胞存活；細(xì)胞死亡

自噬用于治療癌癥及其他疾病的潛能，為自噬的復(fù)雜性所困擾。自噬是否為一種細(xì)胞死亡機(jī)制，以及如何發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，自噬是細(xì)胞死亡的保護(hù)者抑或劊子手仍有大量爭(zhēng)議。凋亡為程序性細(xì)胞死亡，其機(jī)制研究較為清楚。闡明缺血缺氧狀態(tài)下的自噬及凋亡關(guān)系的分子機(jī)制，有助于了解自噬是如何調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡的。

1 自噬的定義

巨自噬(以下稱自噬)為吞噬細(xì)胞大分子和細(xì)胞器的囊泡形成(自噬泡)，囊泡與溶酶體融合，最終導(dǎo)致細(xì)胞器降解，是一個(gè)進(jìn)化上保守的代謝過(guò)程。盡管50多年前即出現(xiàn)了對(duì)自噬的描述，但直到最近5～7年才有強(qiáng)有力的細(xì)胞生物學(xué)數(shù)據(jù)闡明了其形式和功能[1-2]。自噬活躍在所有細(xì)胞中[3]，在應(yīng)激或者營(yíng)養(yǎng)缺乏條件下其表達(dá)上調(diào)。誘導(dǎo)自噬不僅可以促進(jìn)受損細(xì)胞器的降解，且為細(xì)胞提供了內(nèi)容物和能量?，F(xiàn)已知自噬在疾病過(guò)程中起著重要作用，包括神經(jīng)退行性病變、老化、癌癥、自身免疫疾病如克羅恩氏病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、心臟病和感染。在器官和細(xì)胞水平，自噬可因環(huán)境的不同決定細(xì)胞生存或者死亡[4-6]。

2 自噬的雙重性

目前較為普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為自噬通常促進(jìn)細(xì)胞存活，可保護(hù)細(xì)胞在長(zhǎng)時(shí)間的饑餓或者其他刺激狀況下存活，正如之前提到，通常認(rèn)為自噬可以保護(hù)細(xì)胞免于受到試圖殺死他們的抗癌藥物的毒性。然而，也可以認(rèn)為這僅僅是因?yàn)樽允煽梢员Ｗo(hù)細(xì)胞，而不是因?yàn)樽允珊偷蛲鲇新?lián)系而產(chǎn)生的結(jié)果。例如，自噬的原始功能之一就是循環(huán)細(xì)胞內(nèi)損傷蛋白，細(xì)胞器以及大分子聚集物，清除受損細(xì)胞器，為其提供新的營(yíng)養(yǎng)或能量以代替壞死或者缺乏的細(xì)胞成分[7]。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，這種機(jī)制可以提供一種保護(hù)功能，而無(wú)需通過(guò)自噬與凋亡產(chǎn)生直接聯(lián)系。如果一個(gè)細(xì)胞因?yàn)槿狈ψ銐虻陌被峒磳⑺劳觯允勺柚蛊渌劳龅脑虿⒎且欢ㄊ峭ㄟ^(guò)自噬控制凋亡或者壞死機(jī)制，而僅僅可能是因?yàn)樽允商峁┝似渌璧陌被帷?/p>

研究認(rèn)為，在某些情況下，自噬可以促進(jìn)死亡。近期的證據(jù)也表明，自噬本身可以是一種死亡機(jī)制[8]。自噬可通過(guò)降解細(xì)胞成分(如催化酶，線粒體等)，或者通過(guò)非選擇性的降解細(xì)胞內(nèi)容物直至細(xì)胞不能存活這兩種方式來(lái)殺死細(xì)胞[9]。然而，同樣的，這些機(jī)制并不意味著自噬可以直接作用于細(xì)胞死亡機(jī)制。自噬有可能降解細(xì)胞成分，使得細(xì)胞最終激活凋亡機(jī)制，但這并不意味著自噬可以直接激活凋亡，效應(yīng)有可能是間接的。

3 自噬和凋亡的聯(lián)系

大多數(shù)研究都在通過(guò)探究死亡的總量是否改變，以此來(lái)找尋自噬與凋亡之間的關(guān)系。例如，自噬是否抑制死亡或者導(dǎo)致死亡。然而，如若研究細(xì)胞死亡途徑是否改變而不是研究細(xì)胞是否死亡，那么自噬和凋亡之間的關(guān)系更加多樣化。例如，一種靶向毒劑殺死膠質(zhì)瘤細(xì)胞的作用與Caspase激活無(wú)關(guān)，并且，自噬被抑制后，其可以通過(guò)激活Caspase而緩慢增加細(xì)胞死亡數(shù)量[10]。這些數(shù)據(jù)表明，自噬可以改變細(xì)胞死亡的方式，而不僅僅是改變他們是否死亡[11]。那么自噬和凋亡機(jī)制之間是如何交叉聯(lián)系的？它們之間有交叉嗎？

已發(fā)現(xiàn)的直接和間接聯(lián)系證實(shí)了凋亡機(jī)制和自噬蛋白之間存在機(jī)制交叉和聯(lián)系[12]。而其中的大多數(shù)聯(lián)系都指向于凋亡可以改變自噬，自噬如何控制凋亡的機(jī)制卻知之甚少。本文主要集中于自噬和細(xì)胞死亡之間存在多重聯(lián)系的兩個(gè)關(guān)鍵蛋白，當(dāng)然，還存在其他可能的關(guān)鍵性分子在兩種過(guò)程中起重要作用。

3.1 自噬凋亡相互作用的關(guān)鍵蛋白

3.1.1 p62 自噬凋亡相互作用的兩個(gè)關(guān)鍵蛋白為誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵蛋白p62以及腫瘤抑制因子Beclin1。p62是許多蛋白質(zhì)以及線粒體選擇性自噬性降解過(guò)程中的關(guān)鍵因子，并且其可以和一些凋亡以及存活通路中的蛋白質(zhì)發(fā)生直接作用，包括Caspase-8、TRAF6(調(diào)節(jié)NF-κ B通路)以及ERK[13]。p62和Caspase-8的相互作用尤為重要，因?yàn)?p62對(duì)Caspase-8的有效激活非常重要，但當(dāng)死亡受體激活時(shí)，Caspase-8可以清除p62[14-15]。此外近期有研究證實(shí)，Caspase-8可以通過(guò)自噬而被降解(有可能是通過(guò)p62的作用)[15]。表明自噬改變凋亡的程度和動(dòng)力，而凋亡改變p62的自噬性降解以及p62依賴的自噬性物質(zhì)(包括Caspase-8在內(nèi))的降解，二者之間存在一種復(fù)雜的平衡。

3.1.2 Beclinl基因 Beclinl基因是介導(dǎo)其他自噬蛋白定位于前自噬小體的關(guān)鍵基因，與酵母自噬基因Atg6同源，參與調(diào)控哺乳動(dòng)物自噬體形成。與Ⅲ型PI3K形成復(fù)合物參與募集胞漿中含F(xiàn)YVE或PX基序的蛋白質(zhì)，形成自噬體膜一部分，并引導(dǎo)其他自噬蛋白錨定于自噬體膜，為Beclin1調(diào)控自噬的機(jī)制[16]。DNA位點(diǎn)244-337缺失的Beclin1不能與PI3K結(jié)合，無(wú)法誘發(fā)饑餓誘導(dǎo)的自噬效應(yīng)[17]。Bcl-2家族蛋白在細(xì)胞凋亡調(diào)控過(guò)程中具有重要作用，Bcl-2和Bax是凋亡調(diào)節(jié)基因Bcl-2家族中兩個(gè)重要成員。Bcl-2和Bax通過(guò)形成同源或異源二聚體調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡。當(dāng)Bax形成同源二聚體時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；Bax與Bcl-2形成異源二聚體時(shí)則實(shí)現(xiàn)Bcl-2抑制細(xì)胞凋亡的功能[18]。Bcl-2和Bax調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡，不僅取決于自身表達(dá)的高低，而且還與Bcl-2/Bax的比值有關(guān)，當(dāng)比值增大時(shí)，細(xì)胞凋亡增多，反之細(xì)胞凋亡受抑制。Beclin 1可以與抗凋亡蛋白Bcl-2直接作用[19]。Beclin1與Bcl-2連接后，Beclin1不能激活自噬。通過(guò)促凋亡BH3蛋白，Bcl-2結(jié)合蛋白中釋放Beclin1，自噬被激活，DAPK磷酸化Beclin1，JNK磷酸化Bcl-2[20]。相反，Bcl-2或者Bcl-xL過(guò)表達(dá)可抑制自噬[19]。凋亡抑制自噬的另一個(gè)Beclin 1依賴性機(jī)制是通過(guò)Beclin1的Caspase3清除，從而產(chǎn)生一個(gè)短的蛋白，進(jìn)而不能促進(jìn)自噬[21]。因此，凋亡機(jī)制中的蛋白對(duì)Beclin 1的調(diào)節(jié)，可以激活或者抑制自噬，這可能取決于BH3蛋白以及Caspase關(guān)鍵蛋白的相關(guān)活性。這些例子說(shuō)明，自噬和凋亡之間可以存在多重關(guān)系，因而當(dāng)細(xì)胞決定通過(guò)凋亡死亡時(shí)，凋亡增多，自噬減少以確保自噬開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

3.2 其他途徑 自噬還可能通過(guò)凋亡蛋白的有效降解調(diào)節(jié)凋亡。值得注意的是，盡管自噬可以降解凋亡蛋白(如Caspase-8、線粒體)，然而在正?；蛘呒膊顟B(tài)下，這些關(guān)系是否真正改變了細(xì)胞死亡的總數(shù)尚未可知。例如，盡管自噬體中存在有線粒體的聚集和降解，這僅僅發(fā)生在細(xì)胞中的某些線粒體上[22]。因此，尚未解決的一個(gè)問(wèn)題是，即使自噬增強(qiáng)了，為什么凋亡刺激還不能引起其他線粒體釋放細(xì)胞色素C從而誘導(dǎo)凋亡小體形成發(fā)生凋亡呢？可能通過(guò)減少線粒體的數(shù)量，自噬改變了細(xì)胞死亡的動(dòng)力學(xué)或者降低了細(xì)胞發(fā)生凋亡的閾值。因此，自噬可能控制著凋亡閾值，比如說(shuō)，一些最終決定凋亡進(jìn)程是否發(fā)生的調(diào)節(jié)因子。反過(guò)來(lái)，這可能提供了一條確保細(xì)胞快速死亡的方法，從而控制細(xì)胞中凋亡發(fā)生的程度。這種觀點(diǎn)的一種預(yù)測(cè)(目前尚未證實(shí))為，在一批有存活有死亡的細(xì)胞中，上述的分子機(jī)制(如Beclin1或者p62清除)僅存在于那些死亡細(xì)胞中，同樣也是這些細(xì)胞的自噬水平更低。因此，盡管已經(jīng)有了自噬和凋亡存在聯(lián)系的證據(jù)，然而仍然缺乏自噬可以抑制凋亡的明確機(jī)制解釋。即使一個(gè)蛋白既可以調(diào)節(jié)自噬，同時(shí)又可以影響細(xì)胞促發(fā)凋亡，這也不意味著自噬可以影響凋亡。一個(gè)挑戰(zhàn)性的例子證實(shí)，之前未知的一個(gè)自噬體形成過(guò)程中自噬泛素樣連接機(jī)制的必要成分——Atg12-Atg3連接體，可以調(diào)節(jié)凋亡，而此功能并不依賴自噬[23]。Atg3突變后不能與Atg12連接，進(jìn)而通過(guò)線粒體途徑抑制凋亡，但該抑制與自噬本身無(wú)關(guān)——抑制Atg12-Atg3連接對(duì)饑餓誘導(dǎo)的自噬沒(méi)有影響(需要Atg12-Atg5連接體)，其對(duì)細(xì)胞死亡的影響與線粒體碎片改變有關(guān)。該研究表明，盡管自噬蛋白可以控制凋亡途徑，它們可能并不依賴自噬，提示自噬連接過(guò)程蛋白可能存在一些未知的功能。一些已知的報(bào)道表明自噬最終可以增強(qiáng)Caspase依賴性的細(xì)胞死亡。因此，阻斷自噬可以抑制凋亡。例如，在共培養(yǎng)的細(xì)胞上表達(dá)HIV包膜糖蛋白或者在靶細(xì)胞表面表達(dá)CXCR4受體，人們?cè)贖IV感染的CD4+T淋巴細(xì)胞模型中陸續(xù)觀察到了自噬和凋亡的發(fā)生。通過(guò)基因敲除Atg7或Beclin1，或者使用3-MA抑制自噬，均可抑制Caspase激活，延緩細(xì)胞死亡，這意味著自噬可能作用于凋亡上游分子。在光損傷視網(wǎng)膜小鼠或者過(guò)氧化氫處理的光感細(xì)胞中自噬和凋亡同樣出現(xiàn)了相似的關(guān)系，抑制其中任何一條途徑可以部分延緩細(xì)胞死亡，同樣的，自噬對(duì)凋亡的誘導(dǎo)是必要的。

4 臨床意義

除了生物學(xué)上自噬的重要性，操縱自噬在臨床上具有重要意義。例如，目前在美國(guó)有近36個(gè)臨床試驗(yàn)在腫瘤治療中試圖阻止利用聯(lián)合化療的自噬抑制劑羥氯喹來(lái)阻止癌細(xì)胞的生存。這些臨床試驗(yàn)的基礎(chǔ)是一個(gè)簡(jiǎn)單的前提，由于自噬保護(hù)受損的細(xì)胞死亡，細(xì)胞自噬的抑制使癌組織細(xì)胞更易死亡，腫瘤即被根除。但是，如果細(xì)胞自噬在腫瘤細(xì)胞中的功能，不是為了保護(hù)他們免受損害，而是促進(jìn)細(xì)胞死亡，那么這些臨床試驗(yàn)毫無(wú)意義，甚至是有害的，除非發(fā)現(xiàn)一種方法來(lái)預(yù)測(cè)患者自噬細(xì)胞的死亡與存活。相反，我們?cè)谄渌膊≈惺欠窨衫米允纱偌?xì)胞的生存功能？例如，在神經(jīng)退行性疾病中，mTOR抑制可增加自噬，增強(qiáng)細(xì)胞清除損傷或聚集的蛋白質(zhì)或線粒體的能力，改善神經(jīng)元的功能，在神經(jīng)退行性病變的動(dòng)物模型中，增加自噬可延緩或阻止神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)作。

另外一些實(shí)驗(yàn)揭示了自噬與凋亡的聯(lián)系，如在新生兒早期或者饑餓，自噬效應(yīng)明顯加強(qiáng)，自噬小體顯著增多[24]；而在饑餓小鼠成骨細(xì)胞中，早期以自噬為主，晚期以凋亡為主，說(shuō)明饑餓早期自噬對(duì)凋亡的發(fā)生可能具有拮抗作用[25]。提示在新生兒早期和饑餓情況下，自噬的激活對(duì)維持細(xì)胞的生存是必需的。

5 結(jié) 語(yǔ)

更深入的理解自噬和凋亡的關(guān)系(無(wú)論直接或間接)是未來(lái)幾年在細(xì)胞死亡領(lǐng)域是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。自噬的過(guò)程是否直接控制凋亡的過(guò)程，或是它們之間僅僅是有一些共同的機(jī)制。p62和Beclin1很可能是一類至關(guān)重要的分子，它們通過(guò)一系列親和凋亡分子參與調(diào)節(jié)與被調(diào)節(jié)。了解這些蛋白質(zhì)和其他組成部分的自噬和凋亡途徑的方式，在分子水平上了解細(xì)胞自噬與細(xì)胞凋亡之間的復(fù)雜的直接和間接的相互作用，可以了解細(xì)胞生存和死亡之間的平衡關(guān)系，將有助于確定在臨床上全方位的分子機(jī)制，從而確定針對(duì)自噬在治療癌癥和其他疾病的效用，并實(shí)施更具體的藥物和遺傳抑制劑，以及新的、更準(zhǔn)確、更客觀的分析，以衡量自噬，是未來(lái)研究自噬和凋亡關(guān)系的重要方面。

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R329.2

A

1003—6350（2016）04—0604—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2016.04.030

2015-01-03)

廣東省衛(wèi)生廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：B20133335）

曾凡軍。E-mail：438864941@qq.com