自噬在變應性鼻炎中的作用

李 靜，李 勇

變應性鼻炎(allergic rhinitis, AR)是由IgE介導的Ⅰ型超敏反應, 由肥大細胞、嗜酸性粒細胞和淋巴細胞等多種細胞和炎性介質參與的鼻黏膜變態(tài)反應性疾病，以突然和反復發(fā)作的鼻癢、噴嚏、鼻塞、流清涕、嗅覺功能障礙等為主要臨床特征。AR影響著全球4億患者的生活[1],部分AR可能會進一步發(fā)展為哮喘[2]，對人類健康、生活質量及勞動生產(chǎn)力造成了嚴重損害。然而由于該病發(fā)病機制尚未闡明，雖然現(xiàn)有的藥物治療能夠明顯改善癥狀，但是治療效果并不理想。近來研究表明自噬(autophagy)可能通過其調節(jié)系統(tǒng)、基因多態(tài)性、參與免疫應答及氣道重塑等幾方面調節(jié)氣道炎性反應[3]。

自噬是一種不同于凋亡的細胞死亡編程[4]，廣泛地存在于真核細胞的生理過程中，在進化上高度保守。正常生理條件下，細胞內(nèi)保持一個比較低的基礎自噬水平，當細胞處于應激(如感染、氧化應激和饑餓等)狀態(tài)時，自噬水平會被迅速上調[5]。大量研究已經(jīng)證明細胞自噬與免疫系統(tǒng)以及炎性反應之間有著密切的聯(lián)系[6-8]，以往研究表明，自噬對免疫性疾病的作用機制主要通過內(nèi)源性抗原遞呈發(fā)揮作用，而最近研究發(fā)現(xiàn)，自噬對免疫細胞的分化、成熟以及功能起著調控作用[6]。AR的發(fā)病主要由于免疫細胞失衡等[1]，因此，自噬可能通過各種免疫炎性細胞和氣道構成細胞參與AR的發(fā)病,但目前相關研究較少。本文綜述自噬在AR中的可能發(fā)病機制。

1 自噬及主要分子標記物

自噬分為三種類型，巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬。微自噬是溶酶體直接通過溶酶體膜的突出、隔膜和內(nèi)陷吞噬細胞質中的底物。分子伴侶介導的自噬具有高度選擇性，只能降解一些特定蛋白而不能降解細胞器。這些能夠被降解的蛋白都含有特定的氨基酸序列，能被熱休克蛋白(heatshockprotein70,HSP70)分子伴侶或其復合物所識別并結合，隨后被直接運送到溶酶體內(nèi)降解。通常說的細胞自噬即巨自噬，在細胞巨自噬過程中，來源于細胞膜、內(nèi)質網(wǎng)或高爾基體的雙層膜結構可通過包裹細胞質物質及某些細胞器形成自噬體(autophagosome)，并與溶酶體融合形成自噬溶酶體，降解其所包裹內(nèi)容物。

越來越多的證據(jù)表明細胞自噬及與之相關的調節(jié)蛋白能夠影響細胞內(nèi)很多極其重要的生理過程如細胞增殖、程序性細胞死亡、炎性反應及細胞免疫功能等[5-6]。目前已經(jīng)有30多種自噬相關基因(autophagy-related gene，ATG)被發(fā)現(xiàn)，它們編碼的蛋白分子調控著整個細胞自噬過程(包括自噬體的形成以及自噬體捕獲受損的細胞器和生物大分子的過程)。ATG1蛋白主要參與自噬的誘導階段，能夠接收來自細胞營養(yǎng)狀態(tài)的信號，參與自噬體的形成，對于自噬體的成核和延伸至關重要；其活性主要受到哺乳動物雷帕霉素靶點(mammalian target of rapamycin，mTOR)的調控，位于PI3K信號通路的下游，是一個關鍵性的抑制性調節(jié)因子。mTOR作為能量和營養(yǎng)狀態(tài)的感受器，在營養(yǎng)豐富的條件下，可磷酸化ATG13，磷酸化的ATG13與ATG1結合減弱，使ATG1激酶活性下降，抑制自噬；相反，在饑餓的條件下，mTOR的活性被抑制，ATG13去磷酸化，從而與ATG1緊密結合，使激酶活性增強，誘導自噬[9]。雷帕霉素作為經(jīng)典的細胞自噬誘導劑，通過促進ATG3去磷酸化和ATG1活化，增強自噬。

其中Beclin1(又稱為ATG6)在細胞自噬體雙層膜囊泡結構的形成過程中發(fā)揮著關鍵作用，很多自噬的研究采用敲除Beclin1基因研究自噬在體內(nèi)外的功能與作用[10]。Beclin1與Ⅲ型磷酸肌醇3激酶(class ⅢPI3K)的催化亞基Vps34相互作用，促進自噬相關蛋白ATG21和ATG24與細胞內(nèi)膜結合，形成前體自噬結構，主要參與自噬體雙層膜，調控自噬前體和自噬體的形成[11]。微管相關蛋白1輕鏈3 (microtubule-associated protein 1 light chain 3, LC3)(ATG8的同源蛋白)則在細胞自噬體捕獲受損細胞器和生物大分子的過程中非常重要, 當自噬發(fā)生時，孤立的LC3-Ⅰ與磷脂酰乙醇胺結合形成LC3-Ⅱ，從而形成完整的自噬體。因此，LC3-Ⅱ含量與自噬活性高低密切相關，是自噬的標志分子，脂質化的LC3-Ⅱ與本體 LC3-Ⅰ的比例已經(jīng)被公認為是Westem blot檢測自噬程度的金標準[12]。同時，利用LC3在自噬形成過程中發(fā)生聚集的現(xiàn)象，在熒光顯微鏡下采用GFP-LC3融合蛋白示蹤和監(jiān)測自噬的形成過程，無自噬時，GFP-LC3融合蛋白彌散在胞漿中；自噬形成時，GFP-LC3融合蛋白轉位至自噬體膜，在熒光顯微鏡下形成多個明亮的綠色熒光斑點，一個斑點相當于一個自噬體，可以通過計數(shù)評價自噬活性的高低。另外，透射電子顯微鏡是從形態(tài)學上觀察自噬現(xiàn)象最直接、最經(jīng)典的方法。

2 自噬參與AR的可能機制

氣道炎性反應是公認的AR發(fā)病機制。獲得性免疫在氣道炎性反應的作用得到廣泛研究,其中抗原刺激及CD4+T淋巴細胞起重要作用。

2.1 自噬與抗原遞呈

在AR中，變應原接觸機體后，經(jīng)抗原遞呈細胞(antigen-presenting cell, APC)攝取后與組織相容性復合物(major histocompatibility complex, MHC)分子結合，最終呈遞給初始的T淋巴細胞繼而產(chǎn)生一系列免疫反應?？乖f呈是指有效的將抗原結合至MHC分子的途徑，這個過程需要細胞因子和細胞器之間復雜的相互作用。MHCⅠ主要呈遞細胞內(nèi)蛋白的肽段，而MHCⅡ主要呈遞來自細胞外和細胞膜的蛋白[13]。研究發(fā)現(xiàn)APC通過自噬作用吞噬抗原并將其裝載至溶酶體進一步降解從而發(fā)揮抗原遞呈作用。自噬體輸送外源性抗原物質到溶酶體,是胞內(nèi) MHCⅡ類抗原的重要來源。另外，在胞質 MHCⅡ的配體中,發(fā)現(xiàn)了自噬相關基因8 (Autophagy-related protein 8, Atg8) 的蛋白產(chǎn)物, 即 LC3和慢病毒顆粒(GABAA-receptor-associated protein, GABARAP)[14]。 Atg8 連接自噬體膜, 也是自噬體的必要蛋白, 參與形成完整的自噬體內(nèi)膜結構，同時在APC細胞中發(fā)揮呈遞和運輸抗原的過程。此外，Atg8還可以增加 MHCⅡ的呈遞作用, 促進自噬小體與 MHCⅡ相融合[15-16]。

2.2 自噬與免疫細胞

在幼稚T細胞中，不同的自噬水平影響著T細胞的分化方向，表明自噬在T細胞的發(fā)育和選擇上有作用；在成熟T細胞中，自噬對于維持T細胞的穩(wěn)態(tài)、存活以及發(fā)揮T細胞的正常免疫功能都具有重要作用，更重要的是自噬能夠影響T細胞應答的性質與強度[17-18]。在自噬基因特異性缺失的ATG3-/-，ATG5-/-，ATG7-/-和 VPS34-/-小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，脾臟和淋巴結中T細胞數(shù)目明顯減少，體外分離培養(yǎng)的缺失相應自噬基因的T細胞激活后也不能有效地增殖[19-20]?；駻TG5缺陷小鼠不僅T淋巴細胞數(shù)目明顯減少,當外界抗原刺激時,T淋巴細胞增殖受損，Th2型淋巴細胞表現(xiàn)出較高的自噬活性[21]。Beclin1基因缺陷的T細胞在受體收到刺激后出現(xiàn)細胞凋亡，而且Th1細胞比Th17細胞在Beclin1基因缺失后更易出現(xiàn)細胞凋亡，從而使Th1/Th17細胞比例失衡[22]，由此推斷，自噬作用是 T細胞發(fā)育和活化的重要調節(jié)器。

2.3 自噬與氣道上皮細胞損傷

氣道上皮作為接觸變應原的第一道屏障，在AR中發(fā)揮重要作用。盡管有關自噬在人氣道上皮細胞的研究甚少,但最近不少研究者對其進行了研究, Th2型細胞因子IL-13導致的氣道上皮細胞對于氣道黏液的形成和氧化應激起了重要作用,并且是一種強有力的嗜酸性粒細胞趨化因子，Dickinson等[23]的研究證明自噬參與了IL-13誘導的氣道上皮細胞黏液的分泌和氧化應激損傷；敲除自噬基因ATG5或者ATG14后，能夠明顯減弱IL-13誘導的氣道上皮細胞黏液的分泌和氧化應激損傷。 另外，自噬還參與了缺氧以及煙草誘導的氣道上皮細胞損傷及凋亡[24-25]。Ban等[26]發(fā)現(xiàn)自噬分子在難治性哮喘患者上皮細胞中高表達，炎性因子IL-1β能夠誘導原代支氣管上皮細胞以及人氣道上皮細胞系A549中自噬分子LC3-Ⅱ表達增加，使用自噬抑制劑或者敲除自噬基因ATG5及Beclin1后，IL-1β無法誘導LC3-Ⅱ表達。在鼻息肉組織中，自噬蛋白以及自噬泡明顯增多，特別在上皮細胞中尤為明顯，LPS、IFN-γ等能夠誘導體外培養(yǎng)的鼻上皮細胞自噬[27-28]。上述研究表明，自噬參與氣道上皮的損傷，并且與氣道纖維化與組織重塑相關，最終導致疾病慢性化[29]。

3 自噬與變應性鼻炎

自噬與AR治療目前雖然尚無相關報道,但通過上述總結，自噬可能通過參與抗原遞呈、T細胞分化以及上皮細胞損傷等參與AR的發(fā)病，因此自噬可能成為治療AR的一個新的且充滿前景的方向。自噬涉及到細胞生理學的多個方面,在獲得性免疫及固有免疫反應中均發(fā)揮重要作用，參與調控感染、免疫及炎性反應等[30]。 另外，AR和哮喘為上、下氣道的變應性疾病，在流行病學、病因學和病理生理學上的相似性。目前研究表明自噬在哮喘的發(fā)病中發(fā)揮重要作用。Poon等[31]從基因學方面，研究了自噬相關基因的多態(tài)性與哮喘的關聯(lián)，發(fā)現(xiàn)Atg5的基因多態(tài)性與第一秒用力呼氣量有關，說明自噬與哮喘患者的肺功能下降有關。在重度哮喘患者的痰粒細胞以及外周血嗜酸性粒細胞中自噬水平顯著高于正常對照及輕度哮喘患者。Martin等[32]發(fā)現(xiàn)哮喘急性發(fā)作期患者鼻黏膜上皮細胞中ATG5 mRNA的表達顯著上升。同時，自噬有可能參與哮喘患者的氣道重塑[33]。綜上，自噬可以成為氣道變應性疾病新的治療靶點。

4 結語

細胞自噬廣泛存在于真核細胞,它對細胞的作用存在兩面性:低水平的自噬可以維持細胞的穩(wěn)定，是細胞存活的必要條件；同時在細胞內(nèi)外誘導因素作用下,自噬可以作為疾病狀態(tài)的誘因。自噬可能通過參與抗原遞呈、調控各種免疫炎性反應細胞和氣道構成細胞參與AR的發(fā)病。因此,研究自噬調節(jié)可為AR防治提供新的思路和途徑,但目前自噬在AR中的直接作用機制研究較少，還需要更加深入的研究和更全面的證據(jù)闡明AR與自噬的關系。