自噬在病理性瘢痕形成中的作用及其相關研究進展

龍彥岑 陳先卓 賀譯賢 趙鵬宇 劉小嘉 向小燕

[摘要]病理性瘢痕是一種皮膚纖維化疾病，主要以成纖維細胞異常增殖、膠原等細胞外基質(zhì)過度沉積為主要病理表現(xiàn)，目前，病理性瘢痕的發(fā)病機制尚未明確，仍是臨床治療的難點。自噬是一種細胞程序化死亡方式，主要是對細胞內(nèi)物質(zhì)進行周轉(zhuǎn)，保障細胞正常增殖、分化及凋亡等重要生理機制。近年來，陸續(xù)有學者研究發(fā)現(xiàn)自噬可參與病理性瘢痕形成的發(fā)生發(fā)展，并可作為一個研究靶點。本文就自噬對病理性瘢痕的炎性細胞、修復細胞、細胞因子及細胞外基質(zhì)等方面的影響進行綜述，旨在闡明自噬與病理性瘢痕的研究現(xiàn)狀。

[關鍵詞]自噬;病理性瘢痕;纖維化;成纖維細胞;機制

[中圖分類號]R619+.6? ?[文獻標志碼]A? ? [文章編號]1008-6455（2019）06-0168-03

Abstract： Pathological scar is a kind of skin fibrosis disease， which is mainly manifested by abnormal proliferation of fibroblasts， excessive deposition of collagen and other extracellular matrix. At present，mechanisms underlying pathological scar is unclear，and it is still refractory in clinic. Autophagy is a programmed cell death mode， which mainly involves the turnover of intracellular substances to ensure normal cell proliferation differentiation， apoptosis and other important physiological mechanisms.In recent years， it has been found that autophagy can be involved in the occurrence and development of pathological scar formation and can serve as a research target.In this paper， the effects of autophagy on inflammatory cells， repair cells，cytokines， extracellular matrix and other aspects of pathological scar were reviewed， aiming to clarify the current research status of the relationship between autophagy and pathological scar.

Key words： autophagy; pathological scar; fibrosis; fibroblast; mechanism

病理性瘢痕是一種真皮纖維化疾病，是創(chuàng)傷后皮膚結(jié)締組織異常修復的結(jié)果，其組織病理學特點為成纖維細胞（fibroblast，F(xiàn)B）的過度增殖及凋亡受抑制，細胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）過度沉積及各類膠原纖維排列紊亂。病理性瘢痕為患者帶來軀體的痛苦與沉重的心理負擔，但目前仍無滿意療效，主要原因是病理性瘢痕形成機制尚不明確。目前的觀點普遍認為病理性瘢痕的發(fā)生是多方面因素的共同作用，主要與如下方面有關：①細胞因子的異常表達：轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、白介素、胰島素樣生長因子-1、腫瘤壞死因子-α、結(jié)締組織生長因子等些細胞因子參與病理性瘢痕的形成，在瘢痕的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用;②ECM過度沉積：ECM堆積及大量的ECM蛋白（如：I型膠原、纖維蛋白和彈性蛋白等）表達過度是瘢痕的一大組織特點;③基因調(diào)控異常：一方面是p53、c-myc等抑癌基因突變，另一方面是Bcl-2、c-fos等與細胞凋亡相關的基因表達異常?？傮w結(jié)局是FB凋亡減少，細胞增殖過度，分泌過多的膠原和ECM;④信號通路表達異常：PI3K/AKT/mTOR途徑、Notoch 受體及其配體、HDAC/TGF-β/Smads途徑、核轉(zhuǎn)錄因子信號通路等[1]。近年來不斷有研究表明，自噬也可參與纖維化病變及瘢痕形成。Shi等[2]發(fā)現(xiàn)與正常皮膚相比，增生性瘢痕組織和FB中微管相關蛋白輕鏈3（microtubule-associated protein light chain 3，LC3）及自噬小體均上調(diào)，提示增生性瘢痕中存在自噬水平增高。自噬可通過調(diào)控ECM的合成與降解，F(xiàn)B凋亡、細胞因子分泌及炎癥因子等從而參與病理性瘢痕的發(fā)生發(fā)展。

1? 自噬的分類和機制

細胞自噬是真核生物中一種高度保守的進化過程，可降解和回收再利用細胞中的代謝廢物或受損細胞器等，從而維持細胞本身代謝和細胞器的更新及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。然而，過度的自噬激活也會導致細胞器功能紊亂，甚至細胞自毀，可見自噬在細胞中的作用具有兩面性。按照細胞內(nèi)底物運輸?shù)饺苊阁w的不同方式，自噬可大致分為三種類型：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬[3]。目前，對巨自噬的研究最為深入，通常描述的自噬即為巨自噬。自噬的作用過程可概括為四個階段：①自噬泡形成：各種刺激因素誘導細胞產(chǎn)生自噬起始信號，繼而在細胞質(zhì)中形成雙層結(jié)構(gòu)的自噬體膜;②自噬體的形成：杯狀結(jié)構(gòu)的雙層膜緩慢伸展，最終完全包裹待降解的細胞器或蛋白，形成完全閉合的自噬體;③自噬溶酶體形成：自噬體包裹待降解物，在胞內(nèi)共同運輸?shù)竭_溶酶體后與其融合，形成自噬溶酶體;④降解：包裹在小體內(nèi)的待降解物被溶酶體中的水解酶及蛋白酶降解[4]。近年來已確定了多種與自噬相關基因，它們參與了自噬的誘導、產(chǎn)生、成熟和再循環(huán)等階段。與自噬相關的功能集團可分為四類，分別為UNC-51樣激酶（ULK）復合物、III類磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）復合物，含Beclin 1（Becn1，又稱ATG6）、以及兩個泛素樣偶聯(lián)系統(tǒng)：ATG5-ATG12和微管相關蛋白1輕鏈3 （LC3-ATG8）偶聯(lián)系統(tǒng)。這些功能集團分別作用于自噬發(fā)生的不同階段。在啟動自噬階段，ULK1/2 復合物發(fā)揮重要作用，也參與激活 VPS34-Beclin-1復合體[5-6]。VPS34與VPS15及 Beclin-1 結(jié)合形成的VPS34-Beclin-1復合體調(diào)控吞噬泡的形成及成熟[7]。ATG5-ATG12和微管相關蛋白1輕鏈3 （LC3-ATG8）兩個泛素樣偶聯(lián)系統(tǒng)參與自噬小體的延伸和閉合過程。在自噬體胞內(nèi)運輸階段，Atg9能編碼跨膜蛋白的基因[8]。LC3作為“自噬核心蛋白”，自噬形成時LC3I向LC3II轉(zhuǎn)化，LC3可與泛素樣結(jié)合蛋白SQSTM1/p62 相互作用，協(xié)助自噬小體至溶酶體的運輸過程，并實現(xiàn)胞內(nèi)待降解物的降解[9]。

2? 自噬與病理性瘢痕的關系

2.1 自噬與FB：FB是病理性瘢痕中最重要的效應細胞。FB增生和凋亡之間的平衡失調(diào)，分泌過多的ECM，都是導致病理瘢痕發(fā)生的重要機制。有文獻報道[2]，F(xiàn)B中自噬水平的下調(diào)可誘導細胞凋亡的發(fā)生，從而降解細胞內(nèi)過多的纖維蛋白，改善ECM的過度沉積。目前基因在FB過度增殖和凋亡障礙中的作用可分為兩方面，一方面是p53、c-myc等抑癌基因發(fā)生突變，失去了對細胞過度增殖的抑制作用。另一方面Bcl-2、c-fos等細胞凋亡相關基因表達異常，抑制了FB的正常凋亡[1]。p53是調(diào)節(jié)細胞周期和細胞凋亡的重要基因，在自噬和凋亡的調(diào)節(jié)中起中心作用。有學者發(fā)現(xiàn)[10]，p53可通過破壞增生性瘢痕成纖維細胞（Hypertrophic scar fibroblasts，HSFs）自噬的平衡，而導致細胞凋亡和抑制纖維化，進一步在兔耳瘢痕模型中注射Adp53后的瘢痕外觀更平整更薄，膠原含量更低。在瘢痕組織中Bcl-2表達明顯高于正常皮膚，而過表達的Bcl-2可以阻斷FB凋亡。Cao等[11]研究發(fā)現(xiàn)BCL-2的表達下調(diào)，一方面可誘導HSFs發(fā)生凋亡，另一方面可引起自噬水平發(fā)生上調(diào)，以此作為細胞應對凋亡的一種負調(diào)控機，但總體來說Beclin-1依賴性自噬的失活可促進高營養(yǎng)狀態(tài)下HSFs的凋亡，從而影響纖維化。綜上所述，F(xiàn)B中自噬水平的下調(diào)有利于FB凋亡，從而抑制纖維化。

2.2 自噬與細胞外基質(zhì)：病理性瘢痕發(fā)生機制之一是ECM生成與降解平衡的失調(diào)。在病理性瘢痕中由于外界刺激因素的持續(xù)作用，膠原合成與分解之間的動態(tài)平衡被打亂，使得膠原在細胞外過度沉積，且形態(tài)粗大排列紊亂，從而參與病理性瘢痕纖維化的發(fā)生。在ECM中主要以Ⅰ、Ⅲ型膠原增多為主。在增生期早期主要是Ⅲ型膠原蛋白增高，而增生期晚期及重塑期逐漸轉(zhuǎn)為I型膠原蛋白增高為主[12]，最終在瘢痕組織中Ⅰ/Ⅲ型膠原比例明顯升高，可達6：1[13]。近年來的研究證實，自噬可通過多種信號通路參與調(diào)控纖維化過程中ECM的代謝[14]，但目前自噬水平的上調(diào)和下調(diào)與ECM生成間關系尚無定論。一方面，Shi等[2]觀察到在HSFs中調(diào)低自噬標志因子LC3，可以通過阻斷Bcl-xL顯著降低I型膠原和Ⅲ型膠原的表達，影響彈性蛋白架構(gòu)安排從而抑制HSFs的纖維化。通過進一步建立兔耳瘢痕模型，注射shLC3、sibcl-xL阻斷Bcl-xL 的表達及下調(diào)自噬蛋白LC3，可觀察到Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原的表達水平下調(diào)，ECM積聚減少，膠原排列改善，兔耳瘢痕的外觀和結(jié)構(gòu)均明顯改善。提示調(diào)低增生性瘢痕中自噬水平可抑制纖維化進程。另一方面，Shi等[10]通過建立兔耳瘢痕模型注射AdLC3上調(diào)自噬水平，可觀察到彈性蛋白的架構(gòu)發(fā)生改變，兔耳瘢痕外觀得到改善，但不影響I型膠原、Ⅲ型膠原的表達。綜上所述，在病理性瘢痕中自噬的平衡對于纖維化的形成至關重要，自噬的下調(diào)和過度上調(diào)均可抑制膠原蛋白的表達，從而影響纖維化的發(fā)生發(fā)展。

2.3 自噬與炎癥相關因子：病理性瘢痕的形成與過度的炎性反應密切相關。過度的炎性反應可通過增加炎性細胞和釋放細胞因子，促進FB增殖分化及ECM過度的生成和沉積，參與病理性瘢痕的形成[15]。已有研究發(fā)現(xiàn)自噬對炎癥反應的調(diào)節(jié)具有兩面性：一方面自噬可通過抑制產(chǎn)生的炎性復合物或清除引起炎癥的刺激物，從而抑制過度的炎癥反應;另一方面自噬也可通過激活炎性產(chǎn)生大量炎癥因子從而促進炎癥[16]。同時，自噬的強度也受不同炎癥因子的調(diào)控，以此對機體的炎性反應做出精確調(diào)節(jié)。中性粒細胞可通過釋放胞外誘捕器遷移到組織感染或損傷部位發(fā)揮作用，胞外誘捕器可通過上調(diào)結(jié)締組織生長因子和膠原蛋白的產(chǎn)生，啟動FB的激活和分化，從而參與纖維化反應。自噬可調(diào)控中性粒細胞中胞外誘捕器的釋放，用自噬抑制劑處理中性粒細胞，胞外誘捕器釋放明顯減弱，F(xiàn)B活化減弱，膠原蛋白減少[17]。白細胞介素10（interleukin 10，IL-10）是一種抗炎和抗纖維化的細胞因子，IL-10除了可抑制TGF-β合成，還可以顯著下調(diào)FB膠原相關因子Col1、Col3、α-SMA，顯著抑制瘢痕攣縮[18-19]。Shi等[20]研究證實IL-10可通過在IL10-IL10R-STAT3和IL10-Akt-mTOR通路之間的交叉作用來抑制饑餓HSFB的自噬，由此推測IL-10可通過抑制HSFs自噬，從而參與預防和減少瘢痕的形成。這些研究表明，炎性細胞及因子參與的細胞自噬水平的下調(diào)對病理性瘢痕的治療及改善是有益的。

2.4 TGF-β：TGF-β是病理性瘢痕形成過程中起關鍵作用的細胞因子，在病理性瘢痕形成的不同階段均發(fā)揮作用，它能夠影響FB的生成與凋亡，并刺激FB細胞分泌大量ECM，同時抑制膠原酶的合成與作用，也能促進肌成纖維細胞生成，影響瘢痕的攣縮[21]。目前，越來越多的研究證實，自噬與TGF-β之間存在聯(lián)系。一方面，TGF-β可以調(diào)節(jié)自噬的表達。有研究提示，TGF-β可通過samd和非smad通路激活自噬，也可通過Smad2/3and PI3K/AKT/mTOR通路負調(diào)控抑制自噬[22-23]。Jiang等[24]發(fā)現(xiàn)TGF-β可阻止自噬通路中beclin-1/Vps34復合體形成，從而發(fā)揮抑制自噬作用。因此，TGF-β對自噬的調(diào)控具有兩面性，不僅可誘導自噬相關基因蛋白的表達上調(diào)，增加自噬小體數(shù)量，激活自噬。也可以通過不同的信號通路抑制自噬的發(fā)生及活性;另一方面，自噬也可調(diào)節(jié)TGF-β的表達。Ding等[25]研究表明，誘導自噬的發(fā)生可促進TGF-β的分解，從而減少膠原沉積及纖維化。Huang等[26]觀察到，S1PL可通過重建自噬而抑制TGF-β，從而抑制其促FB分化作用。綜上所述，自噬與TGF-β之間存在相互作用，密切關聯(lián)，具體作用機制與方式可能與細胞的類型及細胞內(nèi)外環(huán)境相關。

3? 展望

病理性瘢痕是一種皮膚纖維化疾病，目前的研究提示自噬是病理性瘢痕形成過程中的重要參與者，在瘢痕形成的各階段、各環(huán)節(jié)均發(fā)揮作用。大多數(shù)學者的研究支持增生性瘢痕及瘢痕疙瘩中存在自噬水平的上調(diào)。將瘢痕疙瘩組織的中央缺氧區(qū)域與正常邊緣區(qū)比較，觀察到低氧區(qū)的自噬水平上調(diào)，推測自噬抑制劑可能對瘢痕疙瘩治療有益[27]。Shi等[10]對比了增生性瘢痕與正常皮膚的組織與FB，提示增生性瘢痕中自噬水平均上調(diào)。但仍有學者指出病理性瘢痕中自噬水平存在下調(diào)，Shi等[28]研究表明與正常皮膚組織相比，在增生性瘢痕組織中LC3、beclin1基因及蛋白水平均存在下調(diào)，推測自噬能力下降可能與瘢痕的發(fā)病機制有關。綜上所述，自噬在病理性瘢痕中發(fā)揮雙重作用，一方面自噬作用增強可減輕纖維化的發(fā)展，另一方面過度的自噬又會加重纖維化的發(fā)生發(fā)展。筆者推測，可能在瘢痕形成早期自噬水平代償性增高抑制纖維化的進展，但因瘢痕的發(fā)生是多方面因素共同作用結(jié)果，因此，在瘢痕形成的結(jié)局已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)時，自噬失去對纖維化的抑制作用，進而失代償共同參與纖維化的發(fā)展。關于自噬對病理性瘢痕調(diào)控的機制和發(fā)展規(guī)律需要廣大研究者的進一步研究。自噬有望成為病理性瘢痕治療的新靶點，并為多種纖維化疾病的治療提供新方法和思路。

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[收稿日期]2018-12-21

本文引用格式：龍彥岑，陳先卓，賀譯賢，等.自噬在病理性瘢痕形成中的作用及其相關研究進展[J].中國美容醫(yī)學，2019，28（6）：168-171.