自噬與炎癥的關系及其在眼科疾病中的相關研究進展

杜軍輝 李蓉 馬樓艷 侯鵬飛

·綜述與講座·

自噬與炎癥的關系及其在眼科疾病中的相關研究進展

杜軍輝 李蓉 馬樓艷 侯鵬飛

作為普遍存在于真核生物細胞內的一種機制，細胞自噬能對內環(huán)境穩(wěn)定進行自我維持，且在生長、發(fā)育、細胞自我保護等多種生理活動中發(fā)揮著重要的作用。而炎癥反應的發(fā)生在很大程度上與細胞自噬有著密切關系。文章主要對自噬與炎癥的相關作用進行綜述，并對自噬與炎癥在眼科疾病中的研究進行了分析，為臨床上相關疾病的研究提供新的思路。

細胞自噬；炎癥；炎性小體；Toll樣受體

[J Clin Ophthalmol,2017,25:91]

自噬有廣義和狹義之分，廣義主要涉及小自噬、大自噬、非典型自噬、分子伴侶介導的自噬。而狹義則是指大自噬。本文所指為大自噬(以下簡稱自噬)。自噬是一種普遍存在于真核生物中的溶酶體降解途徑。相較于其他的胞內降解途徑，自噬存在明顯的差異性，能對損傷細胞器、毒性蛋白聚合物等產物進行捕獲并降解[1]。當前，越來越多的研究認為，機體免疫與自噬有著密切的關系[2]。本文對自噬與炎癥的相關作用和機制研究進展進行綜述，以期對炎癥引發(fā)疾病的防治提供新思路。

一、自噬與炎癥之間的關系

1.自噬與I型干擾素信號通路：單鏈RNA病毒能經由維A酸誘導基因Ⅰ樣受體進行識別，且能通過對蛋白干擾素β啟動子刺激蛋白1，而抗病毒細胞因子Ⅰ型干擾素的生成便是關鍵性誘發(fā)因素[3]。大量功能失調的線粒體聚集在自噬缺乏的細胞內，會增加活性氧含量，致使維A酸誘導基因Ⅰ樣受體信號增強[4]。從這個意義上來說，自噬可能經由對受損的線粒體進行清除，從而促使活性氧水平降低，并對維A酸誘導基因Ⅰ樣受體介導的Ⅰ型干擾素的生成進行負性調節(jié)。此外，自噬蛋白ATG9A還能對STING的激活進行負性調節(jié)。STING是一種跨膜蛋白，是刺激性DNA激活Ⅰ型干擾素及促炎性因子產物必須具備的。一旦受到雙鏈DNA的刺激，會促使自噬蛋白LC3充分結合STING，從而造成ATG9A缺乏，引發(fā)過度炎性反應[5]。此外，自噬銜接蛋白PUBICON綁定到CARD9后，會對黏膜相關淋巴組織淋巴瘤轉運蛋白1(CARD9-BCL-10-MALT1)的形成產生一定的抑制作用，進一步導致RIG-1的下游驗證信號終止[6]。

2.自噬與Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs)：固有免疫細胞中存在模式識別受體，能對病原微生物的病原相關分子模式及細胞受損后釋放的損傷相關分子模式進行識別，從而對固有免疫進行激活，快速反應出病原體入侵或損傷等危險信號，從而引發(fā)炎性反應及修復過程[7]。但是，該途徑引發(fā)的過度炎癥應答，會致使機體出現自身免疫性疾病或系統性炎癥反應。此外，Toll樣受體(Toll-like receptors, TLRs)是一種經典的模式識別受體。有研究認為，自噬與TLR關系密切，自噬會受到TLR信號的誘導，且能對免疫應答造成影響，并能對炎癥反應進行抑制[8]。而且，自噬能經由對消化細胞內的微生物進行直接消化，來實現對免疫的調節(jié)，且能經由對線粒體完整性的控制，或者對聚集的炎性信號蛋白進行選擇性清除，來對炎性反應進行負性調節(jié)[9]。

3.自噬與炎性小體：炎性小體為多蛋白復合物，能對caspase-1進行激活，促使IL-1β、IL-18等IL-1家族的重要促炎性介質成熟和釋放[10]。細胞內感受器Nod樣受體為炎性小體的核心組成部分，能對微生物及損傷等危險信號進行識別。當前，在人類中發(fā)現的感受器Nod樣受體有23個，小鼠中發(fā)現的有34個，且多數能參與到炎性小體的形成中[11]。主要包括核苷酸結合寡聚化結構域，富含亮氨酸重復序列及含pyrin結構域蛋白(NLRP)1、NLRP3，以及含感受器Nod樣受體家族半胱天冬酶募集結構域蛋白4(NLRC4)、NLRP6、NLRP12，均能對不同內源性及外源性的危險刺激進行識別，且能對caspase-1進行激活[12]。有研究認為，自噬能對炎性小體的激活進行負性調節(jié)[13]。此外，在未出現微生物感染的無菌條件下，自噬還能對胞漿內潛在的內源性炎性小體激動劑進行清除[14]。而且，自噬還能經由對炎性小體成分的直接降解，達到對過度炎性小體活性下調的作用[15]。巨噬細胞內激活的NLRP3或AIM2炎性小體會誘導自噬體的形成，且這一過程并不依賴于caspase-1，而是依賴于炎性小體感受器。通過對自噬進行抑制，會促使炎性小體活性增強。相反，促進自噬，能對炎性小體活性進行抑制。這一過程的具體作用機制為炎性小體的銜接蛋白ASC經由K63-泛素化，并結合到p62上，從而運送炎性小體到自噬體，并實施降解[16]。

4.自噬與炎性因子IL-1a：IL-1α、IL-1β均為先合成前體，再通過鈣蛋白酶或其他蛋白酶加工，被主動分泌或在細胞死亡后被動釋放[17]。caspase-1依賴與非caspase-1為IL-1α常見激活及釋放方式[18]。自噬基因缺乏的巨噬細胞在對結核分枝桿菌感染進行應對時，極易促使IL-1α分泌含量增加。這一機制主要是自噬缺乏的細胞內聚集的去極化線粒體，會增加活性氧的釋放，從而促使蛋白酶加工IL-1α前體，增加炎性因子IL-1α的釋放含量，這會加重被結核桿菌感染小鼠的肺組織損傷[19]。

5.自噬對促炎性信號分子的降解作用：T細胞受體-NF-kB信號通路的重要介質是銜接蛋白Bcl 10[20]。有研究認為，T細胞受體的激活，會導致Bcl 10出現K63多聚泛素化，且能結合自噬受體p62，經由自噬得到選擇性降解，而一旦對自噬進行抑制，會致使T細胞受體激活后NF-kB釋放增加[21]。高爾基膜融合關鍵因子P47能對過度激活的NF-kB信號進行阻斷。一旦受到IL-1或TNF-α的刺激，會充分結合IKK復合物的NEMO亞基，從而對IKK的激活產生一定的抑制作用。這一作用的發(fā)生機制在于，p47與多聚泛素化的NEMO進行充分結合，且會引發(fā)NEMO被自噬溶酶體所降解。而對p47的活性進行抑制，能減少自噬降解NEMO，增加IKK活性，提升NF-kB釋放含量，提升促炎性因子含量[22]。

6.自噬對適應性免疫產生的過度炎癥的調控作用：自噬不僅能對固有免疫應答產生的過度炎癥進行調節(jié)，還能調控適應性免疫中產生的過度炎癥[23]。比如，在輔助性T細胞17的免疫應答中，自噬能對其免疫應答產生影響。輔助性T細胞17是一種T細胞亞群，能對白介素17進行分泌，可對風濕性關節(jié)炎、銀屑病等多種自身免疫性疾病進行介導[24]。有研究實施動物實驗，結果顯示，一旦自噬缺乏的小鼠出現結核桿菌感染，會致使其肺部白介素17、IL-1α表達增加，且能提升伴有中性粒細胞浸潤，顯示存在輔助性T細胞17免疫應答的激活[25]。

二、自噬與炎癥在眼科疾病中的相關研究

近年來，自噬在眼科疾病的研究中逐漸受到學者的重視。其中，自噬在與炎癥有關的眼科疾病中起到重要作用。以往研究發(fā)現，在不同疾病狀況下，自噬對炎癥反應的調節(jié)存在雙重性[26]：一方面，自噬能經由對堆積蛋白的清除，及對線粒體穩(wěn)態(tài)的保持，對炎癥反應進行抵抗。另一方面，自噬能促使促炎因子表達增加。自噬適度，能對致病原進行清除，對細胞活性進行維持，從而促使機體處于穩(wěn)定狀態(tài)。而自噬過低，會降低細胞生存能力，部分未能及時進行清除的細胞內錯誤折疊蛋白不僅能導致患者細胞內質網應激反應更為劇烈，還可能致使炎癥進程加重。而自噬過度活化，會致使大量實質細胞非正常死亡，對組織結構造成破壞，從而喪失器官功能，危及生命[27]。自噬調節(jié)炎癥的雙重性可能是與實驗動物種屬不同、介導分子機制不同、模型建立不同等因素有關[28]。因此，自噬在炎癥反應中到底起到促炎作用還是抑制炎癥的作用，需要在不同疾病模型中分別進行研究。所以，對自噬活性狀態(tài)進行充分了解，從而在自噬發(fā)生的適當時期，采取恰當的治療，就有著重要意義。

一項利用白介素-1(IL-1)誘導小鼠淚腺炎癥的研究顯示[29]，淚腺腺泡細胞通過凋亡和自噬的方式丟失，在淚腺中注射IL-1后1-3 d會導致淚液產生減少、淚腺炎癥、刺激蛋白分泌減少，細胞死亡增加以及間充質干細胞的募集。淚腺細胞喪失極性，胞漿中的分泌顆粒減少，取而代之的是自噬泡等空泡。在腺體內檢測到溶酶體蛋白 LAMP-1和自噬標記物MAP LC3明顯增結果表明，炎癥激活了淚腺細胞自噬，自噬可能在淚腺炎發(fā)病機制中起到作用。但是，關于細胞自噬在淚腺炎癥中發(fā)揮的具體作用，是否抑制自噬可以延緩或抑制淚腺的修復尚需進一步研究。

在眼部新生血管生成方面的研究發(fā)現，炎癥因子TNF-α可以上調RF/6A細胞的自噬蛋白表達，提高細胞的增殖能力，促進細胞遷移以及細胞管腔形成能力，而這些作用可被自噬抑制劑減弱。研究結果表明炎癥因子TNF-α可能通過激活細胞自噬而參與了新生血管的形成。該實驗結果提示，TNF-α 介導的自噬在血管生成中發(fā)揮了重要作用，通過影響自噬水平可以調節(jié)血管生成的程度，這可能是TNF-α參與、促進視網膜新生血管生成一種新的機制[30]。此外，還有研究發(fā)現，高糖能夠激活RF/6A細胞自噬，通過抑制自噬能夠顯著抑制RF/6A細胞遷移和管腔形成，提示高糖誘導的細胞自噬可能參與了糖尿病視網膜病變視網膜新生血管的形成[31]。自噬可能在眼部新生血管形成中發(fā)揮作用。

AMD是一種老年人中心視力喪失的主要原因，黃斑部RPE細胞變性是AMD最重要的標志。近年來，有多項研究發(fā)現，免疫炎癥反應，主要包括多種炎性細胞因子的生成、補體途徑以及炎癥小體的形成等，均參與了干性AMD的病理過程[32]。NLRP3(NACHT，LRR and PYD domains-containing protein 3)是一種模式識別受體，能誘導炎癥小體的形成，參與炎癥反應[33]。有學者在臨床研究中發(fā)現干性AMD患者的視網膜組織NLRP3染色陽性，證實了NLRP3參與的炎癥反應在干性AMD發(fā)病中起到作用[34]。此外，在巨噬細胞中發(fā)現，自噬可通過降解炎癥小體的組成成分，從而抑制NLRP3炎癥小體的激活，減輕炎癥反應。根據以上研究結果，有學者提出，在干性AMD中，RPE細胞受損、氧化應激等因素能促進炎癥反應，而RPE細胞中自噬的減少可能進一步加劇這一反應，促進干性AMD病變的發(fā)展[35，36]。RPE與多數其他細胞一樣，保持著基本的自噬水平以維持細胞穩(wěn)態(tài)，并隨者年齡和疾病發(fā)生變化。多數研究證實，在RPE細胞中有自噬蛋白的強表達[37-40]。在AMD相關的應激環(huán)境如缺氧、氧化應激、非折疊蛋白反應或炎癥中，自噬被激活[41，42]。在RPE變性和AMD中，當與活性氧自由基(ROS)產生增加和蛋白質聚集增多同時相伴隨的自噬能力下降時，它可激活炎癥小體，導致視網膜細胞內的低水平的炎癥，這可加速衰老過程[43，44]。

此外，在沙眼研究中發(fā)現，γ干擾素是一種重要的抗沙眼衣原體感染的細胞因子，其機制與γ干擾素能夠激活細胞自噬有關，自噬可以通過促進JAK-STAT信號轉導通路的激活加強細胞內沙眼衣原體的清除[45]。在Graves’眼病(GO)的研究中發(fā)現，GO組織和細胞中的自噬水平明顯高于非GO 組織和細胞，細胞中的自噬泡更加豐富，自噬相關基因表達更強，且炎性因子IL-1β增加了GO細胞中自噬標記物LC3-II，p62和Atg7的蛋白表達水平。研究提示自噬可能參與GO的病理機制，調控自噬有望成為一種GO的治療方法[46]。

三、展望

近年來，自噬研究成為生物學領域的研究熱點，自噬在衰老、腫瘤、炎癥、神經退行性疾病中起到重要作用。炎癥與自噬之間有著密切的關系，其機制涵蓋多個方面，并且在眼科疾病中起到重要作用，目前自噬在眼科的相關研究較少，但是，我們相信隨著自噬研究的進一步深入，越來越多的眼科學者會關注自噬研究，必將促進自噬在眼科疾病研究中的進一步發(fā)展。

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(收稿：2016-07-01)

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Roles of autophagy in inflammation and eye disorders

DuJunhui,LiRong,MaLouyan,HouPengfei.DepartmentofOphthalmology,Xi'anNinthHospital,Xi'an,Shaanxi710054;DepartmentofOphthalmology,TheAffiliatedHospitalofXi'anMedicalUniversity,Xi'an,Shaanxi710077,China

As a mechanism that widely exists in eukaryotic cells, autophagy sustains a stable internal cellular environment and plays an important role in many physiological activities such as growth, development and self-protection. The inflammatory reaction has close relationship with cell autophagy. This paper reviewed the association of autophagy with inflammation, and analyzed the researches on autophagy and inflammation in eye disorders, to provide a renewed view for further clinical researches on related diseases.

Cell autophagy; Inflammation; Inflammasome; Toll-like receptors

10.3969/j.issn.1006-8422.2017.01.029

西安市社會發(fā)展引導計劃-醫(yī)學研究項目(No.SF1508(3))；陜西省自然科學基礎研究計劃—面上項目(No.2016JM8018)；國家自然科學基金青年項目(No.81500726)。

710054 西安市第九醫(yī)院眼科(杜軍輝、馬樓艷、侯鵬飛)；西安醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院眼科(李蓉)

李蓉(Email:rechlrong198222@163.com)

[臨床眼科雜志，2017，25：91]