自噬在抑郁癥發(fā)生發(fā)展中作用的研究進展

吳 婷(綜述) 張靜思 向 軍 蔡定芳(審校)

(復旦大學附屬中山醫(yī)院中西醫(yī)結合科-復旦大學中西醫(yī)結合研究院神經(jīng)病學研究所 上海 200032)

抑郁癥是一種嚴重影響家庭社會和諧的心境障礙性疾病,臨床表現(xiàn)為心境低落、快感缺失、睡眠和認知障礙等,嚴重者可有自殺傾向[1]。治療方法主要有藥物、心理和物理治療等。藥物治療主要有單胺氧化酶抑制劑(monoamine oxidase,MAOI)、三環(huán)類抗抑郁藥(tricyclic antidepressant,TCA)、選擇性5-HT再攝取抑制劑(selective serotonin revptake inhibitor,SSRI)、5-HT/NE再攝取抑制劑(serotonin and norepinephrine revptake inhibitor,SNRI)和NE/DA再攝取抑制劑(norepinephrine-dopamine revptake inhibitor, NDRI)等。這些藥物作用多基于抑郁癥單胺類遞質失調的假說,集中在調節(jié)患者腦內單胺類神經(jīng)遞質系統(tǒng)的功能上。但目前的藥物治療周期長,起效慢,效率低。大多數(shù)抗抑郁藥只對50%的患者起效[2],這意味著經(jīng)典的單胺遞質失調假說并不能完全闡明抑郁癥的發(fā)病機制。近年來關于抑郁癥發(fā)病機制的研究提示,神經(jīng)元自噬可能參與抑郁癥的發(fā)病和治療。

自噬本質上是一種溶酶體依賴的蛋白質降解途徑,通過對受損細胞器和長壽蛋白質的降解及循環(huán)利用,從而維持細胞內環(huán)境穩(wěn)態(tài),它與泛素蛋白酶體系統(tǒng)一起維持細胞正常的新陳代謝[3]。根據(jù)異常蛋白質運送至溶酶體機制的差異,將自噬分為3種基本方式:巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。

巨自噬是指雙層膜結構包裹細胞質中異常蛋白質形成自噬泡,然后與溶酶體結合并降解;微自噬由溶酶體膜直接包裹吞噬細胞質中的變性壞死細胞器和可溶性蛋白質,隨后溶酶體膜破裂,釋放大量的水解酶,底物被降解后再重新利用;CMA由胞質內蛋白質結合到分子伴侶后被轉運到溶酶體腔中,然后被溶酶體酶消化。參與自噬調節(jié)的通路主要有:(1)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)依賴通路:mTORC1的活化能抑制自噬起始蛋白UNC-51激酶1(unc-51-like kinase 1,ULK1)的表達,ULK1是酵母自噬相關基因(autophagy associated gene,Atg)Atg1的同源物,所以mTOR是自噬通路的負調節(jié)因子;(2) Beclin-1通路:Beclin-1是酵母中的Atg6的同源基因,通過與Ⅲ型磷脂酰肌醇3激酶 (phosphatidylinositol-3-kinase class Ⅲ,PI3K)結合,介導多種自噬相關蛋白定位于自噬前體結構,促進自噬的發(fā)生。而凋亡抑制蛋白質Bcl-2能通過與Beclin-1的BH3結構域結合從而抑制Beclin-1誘導的細胞自噬。(3)Ca2+通路:Ca2+能調節(jié)自噬,但目前關于Ca2+調節(jié)自噬的機制仍不清楚。此外,微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,MAP1LC3,以下簡稱LC3)的修飾過程對自噬泡的形成至關重要,首先LC3前體被Atg4B加工為LC3-Ⅰ,通過Atg7催化,細胞溶質的LC3-Ⅰ轉變成為一種膜結合形式,即LC3-Ⅱ[4],LC3-Ⅱ是自噬發(fā)生的重要標志物。自噬在神經(jīng)元發(fā)生和突觸重塑中發(fā)揮重要作用,自噬功能失調引起錯誤折疊蛋白和受損細胞器的堆積,神經(jīng)元功能失調甚至死亡,從而導致多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生,如帕金森病、阿爾茨海默病和亨廷頓病等[5]。但自噬與抑郁的關系報道較少,本文總結近年來相關文獻,以期為探究細胞自噬參與抑郁癥發(fā)生發(fā)展的機制提供參考。

自噬激活與抑郁癥已有少量研究提示,細胞自噬可能參與抑郁癥的發(fā)生[6]。抑郁癥患者尸檢發(fā)現(xiàn)[7],前額葉皮質突觸蛋白質合成受抑制,mTOR磷酸化水平降低,提示自噬激活。劉昊等[8]發(fā)現(xiàn)抑郁癥模型大鼠海馬神經(jīng)元存在明顯自噬激活。大鼠海馬神經(jīng)元出現(xiàn)自噬體增多,LC-3Ⅱ/LC-3Ⅰ比值、Beclin-1水平明顯升高;神經(jīng)元數(shù)量減少,細胞凋亡率升高,海馬體積萎縮。這說明抑郁癥模型大鼠海馬出現(xiàn)明顯的自噬和凋亡。海馬組織的損傷和凋亡也是抑郁癥病因之一[9]。蛋白激酶B(protein kinase B,AKT)/mTOR 通路調節(jié)突觸傳遞和重塑等過程,在細胞自噬、增殖等過程中也發(fā)揮重要調節(jié)作用。Machado-Vieira等[10]發(fā)現(xiàn)躁狂抑郁癥患者血清中AKT和 mTOR mRNA水平下降。Bcl-2通過與Beclin-1結合從而抑制自噬的發(fā)生,而臨床尸檢研究發(fā)現(xiàn),雙相抑郁癥患者腦內Bcl-2水平下降[11]。精神分裂癥斷裂基因1(disrupted in schizophrenia 1,DISC1)是抑郁癥等精神疾病的一個關鍵易感基因,而它能被自噬途徑降解[12]。這些證據(jù)都提示細胞自噬的異?？赡軈⑴c抑郁癥的發(fā)病[13]。

自噬對抑郁癥的正向調控自噬對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的調節(jié)作用是正向還是負向的目前仍存在很多爭議[14]。與此類似,一些動物實驗結果提示某些抗抑郁藥物的抗抑郁作用可能與其上調細胞自噬水平相關。三環(huán)類抗抑郁藥阿米替林和選擇性5-HT再攝取抑制劑西酞普蘭能增加大鼠星形膠質細胞和神經(jīng)元自噬水平。自噬蛋白質LC3-Ⅱ和Beclin-1水平明顯上調。自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)能抑制AMI對自噬的促進作用,證實AIM對自噬的影響可能與class-Ⅲ PI3K依賴通路有關。Kara等[15]給抑郁小鼠飲用2%海藻糖溶液3周后發(fā)現(xiàn),海藻糖具有穩(wěn)定情緒抗抑郁的作用,并認為該作用可能與降低前額葉皮質中p62/Beclin-1比值,增強自噬有關。治療躁狂抑郁癥的經(jīng)典藥物鋰被證實能誘導自噬,減少病理性朊蛋白的數(shù)量[16]。鋰和mTOR抑制劑雷帕霉素也常聯(lián)用以誘導自噬[17]。FK506結合蛋白51(FKBP51)是一種具有多種結構域,多種生物學功能的免疫大分子,在機體免疫。類固醇激素的調節(jié)、癌癥的發(fā)生和治療以及抑郁癥中發(fā)揮著重要作用。FKBP51能與 Beclin-1結合,活化Beclin-1,從而觸發(fā)自噬[18-19]。快速抗抑郁藥氯胺酮對FKBP51敲除(51KO)小鼠沒有抗抑郁作用。氯胺酮處理后,野生型小鼠自噬標志分子(如Beclin-1)表達上調,但FKBP51KO小鼠Beclin-1沒有上調[19]。FKBP51能協(xié)同抗抑郁藥增強自噬水平[19]。帕羅西汀(PAR)對社交挫敗抑郁模型小鼠的抗抑郁效應和自噬的影響也依賴于FKBP51的表達[18-19]。此外,有研究提示激活自噬能促進突觸的發(fā)展[20]。

自噬對抑郁的負向調控自噬激活后,神經(jīng)元和膠質細胞存活率下降,神經(jīng)元出現(xiàn)凋亡[21]。另一些研究證實抗抑郁藥能通過抑制自噬發(fā)揮抗抑郁作用。研究顯示氟西汀通過上調蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)磷酸化水平促進神經(jīng)發(fā)生并改善神經(jīng)元存活率[22]。AKT是PI3K-Akt-mTOR信號通路的關鍵因子,而PI3K-AKT-mTOR通路調節(jié)自噬,與抑郁癥關系密切[23]。Warren等[24]發(fā)現(xiàn),哌醋甲酯和氟西汀聯(lián)用能明顯增加SD大鼠在糖水曠場和強迫游泳等行為學測試中的得分。增加大鼠腹側被蓋區(qū)ERK2、CREB、mTOR mRNA和蛋白質水平。在神經(jīng)退行性疾病中mTOR信號對于調節(jié)突觸蛋白合成與自噬起重要作用[25]。神經(jīng)元自噬相關的mTOR信號通路參與抗抑郁藥的作用機制,mTOR信號通過調節(jié)自噬發(fā)揮神經(jīng)保護的作用,通過促進蛋白質合成誘導神經(jīng)再生[26]?？焖倏挂钟羲幝劝吠且环N非選擇性NMDAR拮抗劑,它能快速激活mTOR通路,從而增加前額葉皮質的突觸信號蛋白質水平和棘突數(shù)量[27]。mTOR的慢性激活可能會抑制自噬。而Kara等[28]發(fā)現(xiàn)ICR小鼠慢性給藥氯胺酮(5 mg/kg或10 mg/kg) 3周卻不能改變前額葉皮質中自噬相關蛋白的水平。Park等[29]發(fā)現(xiàn)西酞普蘭、帕羅西汀與苯環(huán)丙胺也能顯著增加磷酸化mTOR水平及其下游分子磷酸化4E-BP1和磷酸化p70S6K的水平;并增加海馬樹突生長和突觸蛋白水平。這些作用都能被雷帕霉素抑制。

自噬參與調節(jié)腫瘤伴抑郁癥抑郁癥也是腫瘤患者常見伴發(fā)病,自噬機制參與抑制腫瘤耐藥[30]。許多抗抑郁藥物被證實能通過自噬途徑抑制腫瘤進展。Ma等[31]發(fā)現(xiàn)地昔帕明能提升C6膠質瘤細胞Beclin-1和LC3的表達,并抑制PI3K-AKT-mTOR通路的活化,地昔帕明活化PERK-eIF2α和ATF6內質網(wǎng)應激通路,而沉默PERK能顯著減少自噬的發(fā)生,由此發(fā)現(xiàn)DMI能激活自噬,從而誘導細胞發(fā)生自噬性死亡。三環(huán)類抗抑郁藥丙米嗪能抑制人膠質瘤細胞U-87MG PI3K/Akt/mTOR信號通路,增加LC3-Ⅱ的表達,刺激酸性自噬泡的形成,誘導細胞自噬,促進細胞死亡。沉默Beclin-1后抑制了丙米嗪誘導的細胞死亡[32]。親脂性抗抑郁藥氟西汀10 μmol/L作用24 h和48 h后通過誘發(fā)自噬和內質網(wǎng)應激從而抑制乳腺癌細胞SUM149PT增殖,抑制RTK/AKT/mTOR通路,上調LC3的表達[33]。此外,還有研究證實氟西汀能通過促進自噬,抑制人脂肪干細胞增殖和分化[34]。馬普替林和氟西汀能誘導化療耐藥Burkitt’s 淋巴細胞株DG-75自噬性程序性細胞死亡,上調Beclin-1。自噬抑制劑3-MA能抑制馬普替林和氟西汀引起的程序性細胞死亡[35]。而氯丙咪嗪被證實能通過抑制自噬而增強化療對癌細胞的殺傷作用[36]。

中醫(yī)理論對自噬調節(jié)抑郁的認識中醫(yī)理論認為郁證的發(fā)病主要是肝主疏泄功能失調,而細胞自噬功能失調如過度激活或受抑制,導致細胞內代謝失衡,誘發(fā)細胞死亡與中醫(yī)理論的肝疏泄太過和疏泄不及在細胞層面不謀而合[37]。徐愛軍等[38]發(fā)現(xiàn)柴胡疏肝散能下調慢性不可預見溫和應激抑郁大鼠LC-3和Beclin-1 蛋白質水平,降低細胞凋亡率,提示柴胡疏肝散抗抑郁作用可能與拮抗大鼠海馬神經(jīng)元凋亡和降低自噬有關。吳如燕等[39]發(fā)現(xiàn)越鞠甘麥大棗湯通過上調小鼠海馬p-Akt和p-mTOR表達,快速緩解子代抑郁樣行為。

結語自噬作為一種細胞防御機制,一方面可清除受損的細胞器、折疊蛋白質,重塑細胞,避免細胞受損,維持細胞內環(huán)境穩(wěn)定;基礎水平的自噬對于穩(wěn)定和保障細胞各種生命活動正常有序進行至關重要,有利于神經(jīng)元存活[40]。另一方面,自噬一旦被過度激活,就會降解過多的細胞器或自身蛋白質,超過自身的代償范圍而導致細胞死亡。自噬就像一把雙刃劍[41],不足和過度都能引起神經(jīng)元損傷。神經(jīng)元自噬在神經(jīng)突觸生長,神經(jīng)元分化中發(fā)揮重要作用,這些保證了神經(jīng)元連接及其正常功能的發(fā)揮,自噬功能失調與神經(jīng)發(fā)生障礙和神經(jīng)可塑性失調密切相關。許多證據(jù)都顯示抑郁癥患者自噬發(fā)生激活,抗抑郁藥通過不同信號途徑調節(jié)自噬水平發(fā)揮抗抑郁效應,提示自噬可能參與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展進程。抑郁癥機制復雜,研究自噬與抑郁癥的關系意義重大,自噬作為一種潛在的藥理學靶點可能成為研究熱點。