細(xì)胞自噬及其與支氣管哮喘、肺癌關(guān)系的研究進(jìn)展

黃蘭，王宋平

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，四川瀘州646000)

細(xì)胞自噬是先天性和適應(yīng)性免疫機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。細(xì)胞自噬及其調(diào)節(jié)蛋白可通過影響細(xì)胞的程序性死亡、增殖、炎癥反應(yīng)和先天免疫功能等過程對(duì)疾病的發(fā)生產(chǎn)生重要影響[1,2]。對(duì)細(xì)胞自噬與肺疾病的關(guān)系的研究結(jié)果顯示，細(xì)胞自噬在不同肺疾病中發(fā)揮的作用不同[1]。本研究對(duì)細(xì)胞自噬及其與支氣管哮喘(簡(jiǎn)稱哮喘)、肺癌關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞自噬的類型、步驟及其調(diào)控途徑

1.1 細(xì)胞自噬類型及途徑 細(xì)胞自噬主要分為三種類型，包括巨自噬、微自噬、分子伴侶介導(dǎo)的自噬，其中巨自噬研究最為廣泛。巨自噬是指細(xì)胞質(zhì)中老化或損傷的蛋白質(zhì)或細(xì)胞器以小泡形式轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體中被消化降解的過程[1]。細(xì)胞自噬最重要的標(biāo)志是雙膜自噬空泡(AV)或自噬體形成。自噬體的形成包括起始、延伸、成熟三個(gè)步驟，自噬體形成后環(huán)繞在受損細(xì)胞器(如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、網(wǎng)狀線粒體等)或蛋白質(zhì)周圍，與溶酶體融合形成自噬溶酶體[1,2]。在哺乳動(dòng)物中，胞質(zhì)型LC3(即LC3-Ⅰ)轉(zhuǎn)化為自噬體膜(即LC3-Ⅱ)是自噬體形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)步驟，LC3-Ⅰ/LC3-Ⅱ值是檢測(cè)細(xì)胞自噬水平的重要指標(biāo)[3]。

1.2 細(xì)胞自噬的調(diào)控途徑

1.2.1 哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路 mTOR是一種在進(jìn)化上保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是細(xì)胞內(nèi)的中心信號(hào)調(diào)節(jié)因子，受能量狀態(tài)、氨基酸、生長(zhǎng)因子、激素、氧化應(yīng)激等多種因素調(diào)節(jié)。mTOR包括對(duì)雷帕霉素敏感的mTOR復(fù)合物1(mTORC1)和對(duì)雷帕霉素不敏感的mTOR復(fù)合物2(mTORC2)。mTORC1主要調(diào)節(jié)能量代謝、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞自噬；mTORC2主要與細(xì)胞骨架重組和細(xì)胞存活相關(guān)[4]。細(xì)胞內(nèi)的能量狀態(tài)對(duì)mTORC1具有重要調(diào)控作用，當(dāng)細(xì)胞饑餓時(shí)，ATP/AMP值降低，腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)被激活，激活的AMPK磷酸化激活結(jié)節(jié)性硬化癥(TSC)1/2復(fù)合物。TSC2具有GTP酶活性，抑制小GTP酶Rheb。Rheb是激活mTORC1所必需的因子，故TSC2磷酸化激活后將抑制mTORC1，從而上調(diào)細(xì)胞自噬水平[4,5]。支鏈氨基酸如纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸的攝入水平通過GTPases和MAP4K3介導(dǎo)影響mTORC1活性，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)亮氨酸濃度降低時(shí)，通過下調(diào)GTPases和MAP4K3的活性抑制mTORC1，導(dǎo)致細(xì)胞自噬被激活；細(xì)胞內(nèi)亮氨酸濃度升高時(shí)，mTORC1激活從而細(xì)胞自噬被抑制[4,5]。Vps34也是mTORC1上游通路的重要調(diào)節(jié)因子，其自身缺失可抑制亮氨酸激活的mTORC1信號(hào)通路。生長(zhǎng)因子信號(hào)主要通過胰島素樣生長(zhǎng)因子/磷脂酰肌醇3激酶/蛋白酶B(IGF1-PI3K-Akt)通路調(diào)節(jié)mTORC1，該通路主要包括PTEN、PDK1Rheb、TSC2等因子。細(xì)胞內(nèi)缺氧、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)壓力刺激、活性氧(ROS)等多種因素均能影響mTORC1信號(hào)通路[5,6]。

1.2.2 Bcl-2家族蛋白信號(hào)通路 研究證實(shí)，Bcl-2家族中的抗凋亡因子Bcl-2、Bcl-XL、Bcl-wl和Mcl-1可抑制細(xì)胞自噬；促凋亡因子Bad、Bik、Noxa等則誘導(dǎo)自噬。Bcl-2家族蛋白主要通過與Beclin1(Atg6同系物)相互作用調(diào)節(jié)自噬，Beclin1是一種重要的自噬蛋白和單倍體腫瘤抑癌因子，含有BH3(Bcl-2 homology3)、中央螺旋區(qū)(CCD)、進(jìn)化保守區(qū)(ECD)三個(gè)結(jié)構(gòu)域。Bcl-2與幾種輔因子(Ambral、Bif-1、UVRAG等)相互作用激活脂質(zhì)激酶vps34，從而誘導(dǎo)自噬[7]。Bcl-2和the Bcl-2同系物 Bcl-XL均含有BH3受體，能與Beclin1競(jìng)爭(zhēng)性調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，抗凋亡蛋白如Bcl-2可通過BH3受體域作用而抑制Beclin1依賴的自噬。正常情況下，Beclin1被Bcl-2和the Bcl-2同系物Bcl-XL抑制。有研究顯示，促凋亡BH3-only蛋白可競(jìng)爭(zhēng)性破壞Beclin1與Bcl-2/Bcl-XL的相互作用，從而誘導(dǎo)自噬[7]。

2 細(xì)胞自噬與哮喘

哮喘是由多種細(xì)胞(如嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、氣道上皮細(xì)胞等)和細(xì)胞組分參與的慢性氣道炎癥疾病。嗜酸性粒細(xì)胞被認(rèn)為是哮喘的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞，血嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)與哮喘嚴(yán)重程度相關(guān)，嗜酸性粒細(xì)胞在AHR、黏液過度分泌、氣道重塑等方面均發(fā)揮重要作用[8]。哮喘是一種Th2細(xì)胞(主要分泌IL-4、IL-5、IL-10、IL-13等)途徑占主導(dǎo)地位的免疫性疾病，該途徑過度激活導(dǎo)致哮喘慢性氣道炎癥形成[9]。

近年來，大量研究表明哮喘患者細(xì)胞自噬水平明顯升高。電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重哮喘患者成纖維細(xì)胞和氣道上皮細(xì)胞自噬體形成明顯增加。有研究報(bào)道，嗜中性粒細(xì)胞自噬增加將通過損傷氣道上皮激發(fā)氣道上皮細(xì)胞(AECs)、外周血嗜酸性粒細(xì)胞(PBEs)發(fā)生炎癥反應(yīng)，加重哮喘程度[10]。Pham等[11]發(fā)現(xiàn)，與非嚴(yán)重哮喘患者和正常人相比，重度哮喘患者痰液中粒細(xì)胞、外周血細(xì)胞及嗜酸性粒細(xì)胞的自噬水平較高。Liu等[12]在小鼠重癥哮喘模型中也發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果：與正常組及1% OVA激發(fā)哮喘組小鼠相比，2% OVA激發(fā)組小鼠肺組織微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(LC3)表達(dá)明顯增加，肺泡灌洗液(BALF)中嗜酸性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)與細(xì)胞自噬蛋白LC3表達(dá)之間存在顯著相關(guān)性，雙重免疫熒光染色等檢測(cè)結(jié)果表明，BALF和肺組織中嗜酸性粒細(xì)胞自噬體形成和LC3表達(dá)水平顯著增加。此外，給予細(xì)胞自噬抑制劑6-氨基-3-甲基嘌呤(3-MA)處理或敲除自噬相關(guān)基因5(Atg5)后，肺組織及BALF中嗜酸性粒細(xì)胞自噬水平顯著降低，肺組織炎癥得到改善[12]。上述研究提示嗜酸性粒細(xì)胞自噬在嚴(yán)重哮喘病理過程中發(fā)揮重要作用，可能是哮喘慢性持續(xù)氣道炎癥的重要原因之一。但有研究發(fā)現(xiàn)，自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素可緩解哮喘小鼠的氣道炎癥[13]。目前細(xì)胞自噬在哮喘病理過程中發(fā)揮保護(hù)作用亦或損害作用仍存在爭(zhēng)議。

多種細(xì)胞因子參與了細(xì)胞自噬的調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，IL-5是重要的Th2細(xì)胞因子，可增加嚴(yán)重哮喘患者PBCs、PBEs的細(xì)胞自噬水平[12]；哮喘患者給予抗IL-5抗體治療后肺勻漿中LC3Ⅱ水平顯著降低[12]；IL-8可提高嚴(yán)重哮喘患者PBNs的自噬水平[11]。Dickinson等[14]建立哮喘小鼠模型發(fā)現(xiàn)，IL-13可激活A(yù)ECs自噬，從而誘導(dǎo)大量黏液分泌，自噬對(duì)于依賴IL-13的黏液分泌是必不可少的。Dickinson等[15]發(fā)現(xiàn)，IL-13和IL-4升高伴隨著自噬體水平增加，人氣管上皮細(xì)胞給予IL-13或IL-4處理后自噬體形成增加；與之相反，Th1細(xì)胞因子IFN-α具有潛在的自噬誘導(dǎo)作用，而Th2細(xì)胞因子IL-13、IL-4有抑制自噬的作用[16]。我們推測(cè)，通過調(diào)控細(xì)胞因子從而影響細(xì)胞自噬過程可能成為哮喘治療的靶點(diǎn)。自噬基因多態(tài)性與哮喘的發(fā)生密切相關(guān)。Jyothulaa等[17]對(duì)加拿大魁北克省家族哮喘的自噬基因遺傳關(guān)聯(lián)進(jìn)行了臨床隊(duì)列研究，1 000多名家族性哮喘患者被納入自噬基因(ULK1、SQSTM1、MAP1LC3B、Beclin1、ATG5)的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)位于ATG5的單核基因多態(tài)性(SNP)rs12212740與哮喘相關(guān)，等位基因G頻率為0.88，在哮喘患者后代中高表達(dá)；而在另一個(gè)非西班牙裔白人兒童哮喘隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn)，ATG5 SNP與支氣管舒張前FEV1有關(guān)而非哮喘。通過隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，ATG5 SNP rs12201458 和rs510432與哮喘相關(guān)；ATG5 rs510432的次要等位基因(G)與哮喘風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，而ATG5 rs12201458的次要等位基因(A)與哮喘風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)[17,18]。ATG5基因變異包括功能性啟動(dòng)子變異，與兒童哮喘有關(guān)[18,19]。有研究認(rèn)為，在成人哮喘病理變化過程中，ATG5和ATG7的遺傳基因多態(tài)性可能導(dǎo)致嗜中性粒細(xì)胞氣道炎癥，而ATG5和ATG7基因多態(tài)性與哮喘易感性和嚴(yán)重性無關(guān)[20]。

3 細(xì)胞自噬與肺癌

研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞自噬可能是缺氧狀態(tài)下腫瘤細(xì)胞生存的機(jī)制，可能影響放化療藥物的療效[21]。另一方面，過度的細(xì)胞自噬也可能與腫瘤細(xì)胞死亡相關(guān)[22]，增強(qiáng)自噬導(dǎo)致腫瘤自噬性死亡可能是某些藥物發(fā)揮療效的基礎(chǔ)。調(diào)控細(xì)胞自噬有利于提高肺癌的治療效果，延長(zhǎng)患者生命[23]。

大多數(shù)肺癌患者在化療數(shù)月內(nèi)會(huì)出現(xiàn)鉑類藥物耐藥，而順鉑耐藥是非小細(xì)胞肺癌治療成功的主要障礙。目前很多研究發(fā)現(xiàn)，順鉑耐藥和鉑類等藥物療效可能與細(xì)胞自噬相關(guān)[24]。Circu等[24]通過siRNA技術(shù)沉默ATG5基因從而抑制肺癌A549cisR細(xì)胞自噬后，細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性顯著增強(qiáng)，療效提高。Zhang等[25]報(bào)道，自噬抑制劑3-MA能顯著降低順氯氨鉑(DDP)的半數(shù)抑制濃度(IC50)，且在肺癌A549細(xì)胞中可促進(jìn)DDP誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。在A549/DDP細(xì)胞中，生長(zhǎng)停滯特異性轉(zhuǎn)錄因子5(GAS5)與3-MA具有相似的自噬抑制作用，從而增強(qiáng)非小細(xì)胞肺癌對(duì)順鉑的敏感性。Yao等[26]發(fā)現(xiàn)，3-MA可增加DDP的敏感性。當(dāng)肺腺癌細(xì)胞暴露于順鉑時(shí)其細(xì)胞自噬水平升高，同時(shí)，與單用順鉑治療相比，順鉑與自噬抑制劑羥氯喹(CQ)聯(lián)用在抑制肺腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)方面更有效，也能增加順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[27,28]。穿心蓮內(nèi)酯是一種天然的二萜類化合物，通過下調(diào)PTEN促進(jìn)Akt/mTOR信號(hào)通路激活，順鉑聯(lián)合穿心蓮內(nèi)酯可顯著阻止體內(nèi)耐藥細(xì)胞的生長(zhǎng)[28]。氯喹可通過抑制自噬增強(qiáng)力達(dá)霉素等藥物的抗癌療效[29]。上述研究均表明細(xì)胞自噬與肺癌密切相關(guān)，抑制自噬能降低鉑類等藥物耐藥性，從而提高肺癌的治療效果，調(diào)控細(xì)胞自噬可能成為抑制肺癌順鉑耐藥的靶點(diǎn)。

放射治療是肺癌的重要治療方法，腫瘤細(xì)胞對(duì)輻射的抵抗一直是肺癌患者預(yù)后差的重要原因之一。有研究將人腺癌A549細(xì)胞分為空白組、放射線治療組(放療組)、雷帕霉素聯(lián)合放射線治療組(聯(lián)合組)，在透射電子顯微鏡下觀察各組自噬體形成情況發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合組自噬活性和Rad51、Ku70/80蛋白水平均顯著高于放療組，說明雷帕霉素激活自噬可增強(qiáng)肺癌細(xì)胞的放射敏感性，并且該過程可能與DNA修復(fù)相關(guān)[30]。然而很多研究結(jié)果與上述研究結(jié)果相反。Chen等[31]發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞自噬可通過調(diào)節(jié)缺氧條件下ROS水平增強(qiáng)非小細(xì)胞肺癌的放射抗性；Chaachouay等[32]研究表明，在體外低氧條件下，AMPK非依賴性自噬促進(jìn)人肺癌細(xì)胞的放射抗性。ROS/自噬/Nrf2通路介導(dǎo)的低劑量輻射可誘導(dǎo)人肺腺癌A549細(xì)胞的放射抵抗[33，34]；缺氧誘導(dǎo)的自噬通過c-Jun介導(dǎo)的Beclin1增加肺癌細(xì)胞輻射抗性[35，36]。由上可知，細(xì)胞自噬與肺癌放射治療密切相關(guān)，但自噬的利弊仍存在爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，細(xì)胞自噬在哮喘及肺癌中發(fā)揮的作用并不相同，既可發(fā)揮保護(hù)作用，也可能加劇疾病的進(jìn)展，同時(shí)對(duì)疾病療效產(chǎn)生影響；其具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。雖然目前細(xì)胞自噬與肺疾病的相關(guān)研究甚多，但是調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬的藥物研究較少，與自噬相關(guān)的治療策略并未真正應(yīng)用于臨床。從自噬藥物干預(yù)方面進(jìn)行相關(guān)研究將為肺疾病的治療提供新的策略。