線粒體自噬與自身免疫性疾病的研究進展

王娜，盧祖能，王云甫，袁江

線粒體自噬與自身免疫性疾病的研究進展

王娜1，盧祖能1，王云甫2，袁江2

線粒體作為代謝活動供能的細胞器被大家所熟知，在免疫系統(tǒng)更是扮演不可或缺的角色。因線粒體功能缺陷而產(chǎn)生大量細胞內(nèi)活性氧（Reactive oxygen species，ROS），引起細胞功能障礙，從而也決定了細胞生存能力下降和免疫系統(tǒng)功能異常等結(jié)局。線粒體自噬作為目前研究比較熱門的一種選擇性自噬，其發(fā)生機制及所涉人類疾病也是目前研究熱點。本文對線粒體自噬與免疫系統(tǒng)的研究進展進行綜述，從而了解線粒體自噬與自身免疫系統(tǒng)疾病所存在的關(guān)系。

線粒體自噬；免疫系統(tǒng)；自身免疫性疾病

1 自噬及線粒體自噬

自噬（autophagy）是涉及到降解細胞漿內(nèi)物質(zhì)，包括整個細胞器的一種泛素化分解代謝過程。與蛋白酶體降解[1,2]等其他降解途徑有區(qū)別的是，它是通過被稱為自噬小泡的雙層膜結(jié)構(gòu)直接包裹細胞內(nèi)物質(zhì)（如細胞器等）與溶酶體膜融合后，被一系列溶酶體水解酶所降解。主要包括大自噬（macroautophagy）、小自噬（microautophagy）、分子伴侶介導(dǎo)的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）。通常，自噬是使細胞能適應(yīng)各種內(nèi)外界環(huán)境壓力變化，如營養(yǎng)缺乏、氧化應(yīng)激、慢性刺激、細胞內(nèi)損傷蛋白及細胞器的堆積等的一種細胞保護性程序。

線粒體自噬（mitophagy）是一種選擇性自噬方式，主要為了清除老化、過?；蚴軗p的線粒體，從而構(gòu)成一個“質(zhì)量檢查站”來阻止年齡相關(guān)的紊亂和衰老，是細胞清除體內(nèi)異常線粒體、維持其正常功能和基因組穩(wěn)定、維持自身穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)機制。當(dāng)線粒體數(shù)量及質(zhì)量下降時，線粒體DNA及蛋白水平均發(fā)生改變。目前尚不清楚的是因為老化細胞更易受壓力影響而導(dǎo)致疾病發(fā)生，或就是再生細胞的一種存活機制[3]。但越來越多證據(jù)證明線粒體損傷產(chǎn)生的ROS是各類疾病發(fā)生的重要機制。當(dāng)細胞內(nèi)存在線粒體損傷時，有2種重要的質(zhì)控方式有助于監(jiān)控線粒體功能：未折疊蛋白反應(yīng)和線粒體自噬。首先，未折疊蛋白誘導(dǎo)分子伴侶和蛋白質(zhì)酶的協(xié)調(diào)活性，抑制細胞損傷[4]。但當(dāng)損傷不能有效地修復(fù)或繼續(xù)積累，將導(dǎo)致呼吸鏈的斷裂和膜蛋白的丟失。在這種情況下，線粒體被識別并通過第二種方式，即線粒體自噬的方式來進行清除。假如不能成功地清除無功能的線粒體，將引起ROS的堆積和線粒體毒性物質(zhì)等釋放從而引發(fā)細胞死亡。

2 線粒體自噬與免疫系統(tǒng)

線粒體自噬與免疫系統(tǒng)密不可分，包括病原菌的識別和降解、抗原提呈、淋巴細胞的發(fā)育及效應(yīng)功能、炎癥的調(diào)節(jié)等[5]。線粒體自噬參與T細胞發(fā)育、分化等各個階段[6]：當(dāng)多能造血干細胞在向普通淋巴前體細胞（common lymphoid precursor，CLP）轉(zhuǎn)化時，自噬通過降解線粒體和保持較低的ROS水平以維持造血干細胞的靜態(tài)和自我更新能力，從而也保障了CLP的補充；當(dāng)CLP遷移至胸腺發(fā)展為成熟T淋巴細胞時，自噬可能涉及到淋巴細胞的存活、調(diào)節(jié)淋巴細胞的陽性和陰性選擇、選擇性促進Treg和iNKT細胞的分化、同時參與抗原提呈過程；在發(fā)展至效應(yīng)性T細胞時，自噬能調(diào)節(jié)未致敏T細胞的細胞器代謝，為T細胞的活化和增殖通過代謝中間產(chǎn)物起了很重要的作用，并能調(diào)節(jié)T細胞的存活；在記憶性T細胞中，自噬可能主要通過噬脂來維持CD8+記憶性T細胞的存活。

Pua等[7]在研究成熟T細胞自噬對線粒體清除中發(fā)現(xiàn)，從胸腺細胞向外周成熟T細胞轉(zhuǎn)移過程中，線粒體含量在減少；并且在線粒體綠色熒光探針（MitoFracker Green）標(biāo)記線粒體后通過熒光激活細胞分選系統(tǒng)（fluorescence-activated cell sorter，F(xiàn)ACS）檢測線粒體含量、通過透射電鏡直接觀察線粒體表面區(qū)域、定量檢測線粒體DNA及線粒體相關(guān)各種蛋白的表達水平等各種方法發(fā)現(xiàn)，在成熟T細胞中清除這種過剩的線粒體關(guān)鍵還是依賴于自噬；與線粒體含量改變一致的是，自噬缺乏的T細胞ROS產(chǎn)生明顯增加、線粒體的形態(tài)學(xué)也發(fā)生改變；Stephenson等[8]研究發(fā)現(xiàn)，在缺乏自噬相關(guān)蛋白5（autophagy protein 5，Atg5）的外周血T細胞中線粒體量異常增加，提示自噬在線粒體的維持和T細胞存活中起關(guān)鍵作用。

T細胞發(fā)育過程中過剩、受損或老化的線粒體能否及時有效地予以清除，很大程度上需依賴于自噬，而這種自噬其實就是線粒體自噬，選擇性清除線粒體，從而維持免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)及正常功能。當(dāng)自噬發(fā)生異常時，免疫平衡被打破、免疫細胞功能發(fā)生異常，從而引發(fā)各種自身免疫性疾病。

3 線粒體自噬與自身免疫系統(tǒng)疾病

3.1 克羅恩?。–rohn’sdisease，CD）

CD是一種與自身免疫相關(guān)的慢性、復(fù)發(fā)緩解的復(fù)雜性胃腸道炎癥性疾病，也是炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）之一。全基因組關(guān)聯(lián)研究（Genome-wide association study，GWAS）分析發(fā)現(xiàn)，自噬蛋白ATG-16L1、NOD2和IRGM是CD易患基因[9]，也有很多研究報道ULK1也是CD的易感基因[10]。上述易感基因的研究提示自噬在CD發(fā)病機制中起重要作用。當(dāng)ATG-16L1低表達時，自噬現(xiàn)象減少，不能有效抑制炎癥體的活性，從而使IL-1β和IL-18表達增加[11]，引發(fā)消化道慢性炎癥，導(dǎo)致CD發(fā)生。故胃腸道細胞自噬功能降低可能是CD發(fā)生的重要機制之一。

Novak等[12]認為線粒體功能障礙在IBD的發(fā)生與復(fù)發(fā)中均起很重要的作用。缺乏ATG-16L1使腸炎易感性增加，同時也導(dǎo)致潘氏細胞的異常出現(xiàn)和分布、及線粒體發(fā)生改變[13]。也有研究顯示IRGM1缺陷的小鼠管狀和腫脹的線粒體增加，并且LC3陽性的自噬囊泡也增加[14]，這也與認為人類IRGM位于線粒體上、且在線粒體自噬中起到重要作用的報道[15]是相符合的。一項揭示SMURF1基因（SMAD特定的E3泛素蛋白連接酶1）的單核苷酸多態(tài)性與IBD關(guān)系的研究中提示，線粒體自噬也涉及IBD的發(fā)病機制[16]。均提示自噬、線粒體功能障礙與CD等IBD密切相關(guān)。

3.2 多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）

MS是一種免疫介導(dǎo)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎性脫髓鞘疾病。在自身免疫應(yīng)答過程中，自噬與固有和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)均存在明顯的聯(lián)系。而目前也有很多研究提示自噬直接參與MS的發(fā)生發(fā)展過程[17]。MS發(fā)生時，在T細胞炎癥浸潤點，ATG5蛋白上調(diào)，而自噬相關(guān)基因ATG5的高表達與實驗性自身免疫性腦脊髓炎（experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）中免疫介導(dǎo)的髓鞘損傷是密切關(guān)聯(lián)的[18]。而持續(xù)性T細胞存活和T細胞增殖的增加均促進MS的復(fù)發(fā)和進展，提示過度表達的ATG5引發(fā)適應(yīng)性免疫應(yīng)答的異常，從而引起MS。

線粒體功能障礙也涉及MS和EAE病理機制的重要因素。而自噬能夠維持線粒體的結(jié)構(gòu)、修復(fù)其功能并阻止其發(fā)生功能障礙，是細胞存活及MS病理的關(guān)鍵[19]。在MS中，細胞色素C氧化酶亞基5b的低表達可能損傷線粒體的功能[20]。線粒體功能障礙后產(chǎn)生大量ROS而引發(fā)脫髓鞘和軸突缺失[21]。線粒體自噬通過增加Beclin1或者調(diào)節(jié)ATG4活性來清除去極化的線粒體，減少ROS過度的產(chǎn)生，從而在MS發(fā)生中起到保護性作用[22]。

3.3 系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）

SLE是一種與大量自身抗體的產(chǎn)生、免疫復(fù)合物的形成、持續(xù)性炎癥存在于各個器官的全身性自身免疫性疾病。而目前推測自噬是導(dǎo)致SLE異常免疫損傷的一種病理機制。這種免疫損傷包括固有和適應(yīng)性免疫[23]：在固有性免疫應(yīng)答中，當(dāng)ATG5缺乏以及mTOR增加時，自噬不足，不能及時清除死亡細胞、促進了細胞質(zhì)核酸及自身抗原提呈，從而產(chǎn)生過多的IFN-1，引發(fā)T細胞過度激活；在適應(yīng)性免疫應(yīng)答時，過高表達LC3和自噬囊泡的堆積，引發(fā)自噬增加，促進了T、B細胞的存活，從而導(dǎo)致T細胞激活及B細胞過度活化。上述過程最后均引起大量自身抗體的產(chǎn)生，是SLE發(fā)病的重要機制。據(jù)推測，無效的自噬也導(dǎo)致線粒體的損傷而引發(fā)細胞死亡，從而也提示線粒體、自噬及SLE所存的相關(guān)性，但具體目前仍不太清楚[24]。

3.4 系統(tǒng)性硬化癥（systemic sclerosis，SSc）

SSc是一種累及多種全身器官，包括皮膚、心臟、脈管系統(tǒng)及肺部等處纖維化的系統(tǒng)性自身免疫疾病，且以肺部纖維化最突出。線粒體自噬的發(fā)生機制目前研究較多，最經(jīng)典的莫過于PINK1/Pakin介導(dǎo)的線粒體大自噬途徑發(fā)生機制。Parkin是一種E3泛素蛋白連接酶，可由PINK1激酶活化，活化的Parkin能夠使受損線粒體的陰離子電位通道蛋白VDAC1泛素化，并被信號接頭蛋白p62/SQSTM1識別，后者再與吞噬泡膜表面的Atg8家族同源蛋白連接進而啟動線粒體的降解過程。最新證據(jù)表明，PINK1和線粒體功能障礙是免疫相關(guān)類疾病肺纖維的發(fā)生機制。Bueno等[25]證明特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）患者Ⅱ型肺上皮細胞存在無功能線粒體的堆積和線粒體自噬的損傷，這與PINK1水平的下降有關(guān)，PINK1沉默可引起一種促纖維化表型。同樣在相關(guān)的研究中，Patel等[26]報道PINK敲除的小鼠更易于誘導(dǎo)肺纖維化，進一步提示PINK1、線粒體自噬、自身免疫性疾病之間的相關(guān)性。

4 展望

線粒體自噬與機體免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的維持非常重要，但線粒體自噬與自身免疫性疾病之間的研究卻相對甚少，目前認為，很多因素均能誘導(dǎo)細胞發(fā)生自噬，如饑餓、生長因子缺乏、微生物感染、細胞器損傷、蛋白質(zhì)折疊錯誤或聚集、DNA損傷、刺激信號如何傳遞、自噬信號如何執(zhí)行線粒體自噬以及與疾病發(fā)生的關(guān)系等，尚待深入的研究，進一步探索線粒體自噬的發(fā)生機制，了解自身免疫性疾病的發(fā)病過程，從而為自身免疫性疾病的臨床干預(yù)提供一個新的方向。

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（本文編輯：王晶）

R741;R593.2

A DOI 10.16780/j.cnki.sjssgncj.2016.06.023

1.武漢大學(xué)人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科武漢 430060

2.湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬十堰市太和醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科湖北 十堰442000

湖北省科技廳自然科學(xué)基金（No.2010CDB0910 3）；湖北省教育廳重點項目（No.D20122403）；2014年湖北醫(yī)藥學(xué)院優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團隊資助計劃項目（No.2014CXX01）

2016-04-11

王云甫wyfymc@163.com