免疫細(xì)胞自噬在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用研究進(jìn)展

張仲柏，李艷春 綜述 張 梅 審校

心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)已成為世界范圍內(nèi)嚴(yán)重危害人類健康與生命的重大疾病，病死率居全球首位，因此防治CVD已成為全球公共衛(wèi)生專家所關(guān)注的熱點(diǎn)[1]。動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一種以脂質(zhì)蓄積和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)為主要特征的動(dòng)脈血管壁慢性炎性反應(yīng)，通常伴有大量免疫細(xì)胞參與，是眾多CVD的病理基礎(chǔ)[2]。近期眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)自噬(autophagy)與AS的形成、發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)[3]。筆者就不同免疫細(xì)胞自噬對(duì)AS的影響進(jìn)行綜述，為下一步揭示AS的發(fā)生機(jī)制提供參考。

1 自噬的調(diào)節(jié)機(jī)制

自噬是真核細(xì)胞受到饑餓、氧化應(yīng)激等刺激后將受損的細(xì)胞器或者錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)吞噬，并將吞噬物在溶酶體內(nèi)進(jìn)行降解的過(guò)程，可分為巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬三種類型，其中巨自噬即通常所說(shuō)的自噬[4]。一般認(rèn)為，自噬參與了細(xì)胞的正常生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)對(duì)細(xì)胞的增殖、分化及凋亡起著調(diào)控作用，對(duì)維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)意義重大[5]。

自噬的過(guò)程首先是在自噬相關(guān)基因(autophagy-associated gene，ATG)的作用下形成脂質(zhì)雙層膜，將錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)或受損的細(xì)胞器等進(jìn)行包裹形成自噬體，自噬體的形成主要受兩種泛素樣蛋白調(diào)節(jié)，即Atg5-Atg12-Atg16L復(fù)合物和Atg8/LC3復(fù)合物[6]。而后通過(guò)信號(hào)通路級(jí)聯(lián)反應(yīng)與溶酶體逐漸融合形成自噬溶酶體，最后將錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)或受損的細(xì)胞器進(jìn)行降解即自噬體溶解，同時(shí)回收利用細(xì)胞內(nèi)源性成分如氨基酸、游離脂肪酸、核苷酸等[7]。在調(diào)節(jié)自噬的眾多信號(hào)通路中，磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidyli-nositol 3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B( protein kinase B，Akt) /哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)通路被認(rèn)為是最主要的信號(hào)通路之一，該通路能夠接受來(lái)自營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、環(huán)境改變及生長(zhǎng)因子等多種信號(hào)并進(jìn)行整合，從而調(diào)控細(xì)胞增殖及蛋白質(zhì)合成等過(guò)程，發(fā)揮抑制自噬的作用[8]。mTOR分子在哺乳動(dòng)物中主要形成mTOR復(fù)合體1(mTOR complex 1，mTORC1)和mTOR復(fù)合體2(mTOR complex 2，mTORC2)兩種復(fù)合體，前者可直接抑制自噬，同時(shí)mTORC1對(duì)雷帕霉素的敏感程度與細(xì)胞所處的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)無(wú)關(guān)；而后者主要通過(guò)磷酸化激活下游Akt間接調(diào)控自噬[9]。

2 自噬在AS中的調(diào)節(jié)作用

研究發(fā)現(xiàn)，大量實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭信c粥樣斑塊形成相關(guān)的巨噬細(xì)胞(macrophage) 、血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs) 及血管內(nèi)皮細(xì)胞(vascular endothelial cells, VECs)等均存在不同程度的自噬現(xiàn)象[10]。通過(guò)電子顯微鏡分析,粥樣斑塊中存在著血管細(xì)胞自噬樣特性, 如空泡形成增多、髓鞘樣結(jié)構(gòu)及細(xì)胞質(zhì)中泛素化包涵體聚集[11]。在斑塊的VSMCs中，Ⅱ型微管相關(guān)蛋白輕鏈(microtubule-associated protein light chain 3, LC3)表達(dá)量明顯增加，而在非AS血管中未檢出，說(shuō)明AS中存在自噬現(xiàn)象。對(duì)于AS的不同階段，mTOR信號(hào)通路的調(diào)節(jié)有著顯著差異，既有正向調(diào)控也有負(fù)向調(diào)控[12]。

適度地自噬能夠通過(guò)阻斷氧化應(yīng)激所誘發(fā)的炎性反應(yīng)，從而抑制粥樣斑塊的進(jìn)展。有學(xué)者通過(guò)敲除特異性自噬相關(guān)基因Beclin-1和自噬相關(guān)基因5(autophagy-associated gene 5，ATG5)等發(fā)現(xiàn)斑塊中的炎性介質(zhì)顯著增多，說(shuō)明自噬與炎性反應(yīng)之間存在密切關(guān)系[13]。另外，其他研究發(fā)現(xiàn)自噬與細(xì)胞凋亡也存在相關(guān)性，當(dāng)細(xì)胞自噬能力缺失時(shí)，其對(duì)凋亡細(xì)胞的識(shí)別能力與清除能力均下降，從而使得斑塊壞死程度增加引起疾病進(jìn)一步惡化[14]。

生理水平的自噬能夠延緩粥樣斑塊的破裂，但超過(guò)該水平的自噬則會(huì)增加粥樣斑塊的不穩(wěn)定性，促進(jìn)AS的發(fā)生發(fā)展。過(guò)度自噬能夠通過(guò)形成蠟樣體即一種蛋白質(zhì)和氧化脂質(zhì)形成的復(fù)合體限制自噬體與溶酶體結(jié)合，介導(dǎo)細(xì)胞死亡[15]。例如，VSMCs的死亡不利于斑塊的穩(wěn)定，能夠?qū)е卵軆?nèi)膠原纖維合成減少及粥樣斑塊纖維帽的變薄，同時(shí)自噬引起的細(xì)胞死亡還可以誘發(fā)多種炎性因子的釋放，如腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白介素-6(interleukin-6，IL-6)等，誘發(fā)炎性反應(yīng)[16]。

3 不同免疫細(xì)胞自噬在AS中的作用

關(guān)于AS的發(fā)病機(jī)制，有學(xué)者提出了AS是一種慢性炎性疾病的概念，說(shuō)明AS是VECs和血液細(xì)胞等在細(xì)胞因子的相互作用下所導(dǎo)致的一種損傷過(guò)程，同時(shí)通過(guò)研究粥樣斑塊的成分發(fā)現(xiàn)其是脂質(zhì)與滲透進(jìn)來(lái)的T淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞聚集而成[17]。因此，免疫細(xì)胞的激活是影響AS發(fā)展的因素之一。

3.1 巨噬細(xì)胞 是粥樣斑塊中含量最多的免疫細(xì)胞，參與了AS的各個(gè)環(huán)節(jié)。過(guò)度沉積的脂質(zhì)產(chǎn)生趨化因子，招募單核細(xì)胞進(jìn)入血管內(nèi)膜，在巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factor，M-CSF)下使之分化為巨噬細(xì)胞，分為M1型與M2型。在免疫反應(yīng)中M1型與M2型巨噬細(xì)胞均出現(xiàn)在動(dòng)脈硬化的部位，但二者卻發(fā)揮著相反的作用，說(shuō)明巨噬細(xì)胞自噬對(duì)AS具有雙重調(diào)節(jié)作用[18]。M1型巨噬細(xì)胞分泌TNF-α和白介素-1(interleukin-1，IL-1)等，通過(guò)上調(diào)膜識(shí)別受體(pattern recognition eceptors，PRRs)，包括Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)和清道夫受體(scavenger receptors，SRs)等促進(jìn)炎性反應(yīng)的發(fā)生。TLRs 通路的激活能夠?qū)е卵仔苑磻?yīng)，而SRs通過(guò)調(diào)節(jié)氧化的低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL) 促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成[19]。M2型巨噬細(xì)胞通過(guò)分泌白介素-10(interleukin-10，IL-10)及轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor β，TGF-β)等可起到抗炎、修復(fù)的作用[20]。

大量研究表明，巨噬細(xì)胞自噬不僅可降低細(xì)胞內(nèi)脂滴的沉積，還可通過(guò)清除功能受損的細(xì)胞器和降解細(xì)胞內(nèi)活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)水平抑制細(xì)胞凋亡[21]。另外，自噬還能夠通過(guò)分泌分子伴侶蛋白P62識(shí)別泛素化核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor kappa B，NF-κB)并轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體進(jìn)行降解來(lái)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞發(fā)揮極化作用即M1型巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化來(lái)穩(wěn)定易損斑塊[22]。但在AS中晚期，巨噬細(xì)胞自噬對(duì)疾病的發(fā)展卻起著促進(jìn)作用，加速粥樣斑塊形成的同時(shí)稀釋纖維帽壞死的核心成分，導(dǎo)致炎性反應(yīng)增加及斑塊內(nèi)VSMCs等多種細(xì)胞凋亡，增加了斑塊的不穩(wěn)定性[23]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞發(fā)生自噬時(shí)會(huì)促進(jìn)白介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)釋放，從而導(dǎo)致TNF-α、IL-6和白介素-8(interleukin-8，IL-8)等炎性因子激活，誘發(fā)炎性反應(yīng)[24]。

巨噬細(xì)胞自噬參與了AS 多個(gè)環(huán)節(jié)，在AS的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞自噬現(xiàn)已成為治療AS藥物的新靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),一些自噬誘導(dǎo)劑或上調(diào)自噬調(diào)控基因能夠減緩AS的發(fā)展[25]，但過(guò)度自噬又能夠加速AS發(fā)展，因此控制藥物誘導(dǎo)自噬程度的劑量等還需進(jìn)一步研究。

3.2 T淋巴細(xì)胞(T lymphocytes) 是在胸腺中發(fā)育成熟的免疫細(xì)胞，在粥樣斑塊形成的不同階段均能檢測(cè)到該細(xì)胞，同時(shí)T淋巴細(xì)胞在此過(guò)程中發(fā)揮著促炎性細(xì)胞因子及抗炎性細(xì)胞因子雙重作用[26]。文獻(xiàn)[27]報(bào)道，在血管壁局部積聚脂蛋白所引起的炎性反應(yīng)主要由T淋巴細(xì)胞所介導(dǎo)，T淋巴細(xì)胞在接受ROS等刺激后能夠分化為調(diào)節(jié)性T淋巴細(xì)胞(regulatory T cells，Tregs)，同時(shí)在Tregs內(nèi)發(fā)現(xiàn)了自噬小體，說(shuō)明T淋巴細(xì)胞自噬參與了AS的發(fā)展。此外粥樣斑塊的形成與穩(wěn)定通常取決于T淋巴細(xì)胞的其他亞型，通常認(rèn)為CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞及自然殺傷細(xì)胞(natural killer T cells，NKTs)認(rèn)為是致AS發(fā)展的細(xì)胞，而Tregs被是抗AS細(xì)胞[28]。

AS早期，受損的VECs通過(guò)免疫反應(yīng)激活T淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Tregs和CD4+T細(xì)胞等，通過(guò)對(duì)AS模型小鼠不同階段的粥樣斑塊觀察發(fā)現(xiàn)Tregs自噬與斑塊的形成呈負(fù)相關(guān)，同時(shí)CD4+T細(xì)胞能夠分泌干擾素γ(interferon，IFNγ)等激活巨噬細(xì)胞，通過(guò)巨噬細(xì)胞自噬減緩斑塊的發(fā)展[29]。但隨著AS的不斷發(fā)展，T淋巴細(xì)胞過(guò)度自噬導(dǎo)致炎性因子不斷被釋放，增加了斑塊的不穩(wěn)定性。對(duì)高脂飲食小鼠敲除T淋巴細(xì)胞特異性自噬相關(guān)基因7(autophagy-associated gene，ATG7)后發(fā)現(xiàn)該基因的敲除降低了AS的發(fā)展，同時(shí)CD4+T細(xì)胞、CD8+T細(xì)胞及NKT細(xì)胞數(shù)量明顯減少，炎性因子TNF-α、IL-6和IL-8等也呈下降趨勢(shì)，這些結(jié)果表明抑制T細(xì)胞自噬能夠延緩AS的發(fā)生發(fā)展[30]。

在AS的不同階段中，T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞二者相互作用介導(dǎo)了細(xì)胞免疫反應(yīng)，對(duì)AS均有雙向調(diào)控的作用。在今后的研究中可以通過(guò)嘗試控制T淋巴細(xì)胞自噬來(lái)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞自噬從而延緩AS的進(jìn)展，也為AS的治療提供了一個(gè)新思路。

3.3 樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs) 是體內(nèi)關(guān)鍵性的專職抗原遞呈細(xì)胞，也是唯一能夠激活初始T淋巴細(xì)胞的抗原遞呈細(xì)胞，在免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用[31]。DCs通常以未成熟的形式存在于動(dòng)脈管壁中，隨著AS發(fā)展使得DCs逐漸成熟，其表面共刺激分子及組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類分子表達(dá)增加，成為T淋巴細(xì)胞依賴的免疫反應(yīng)誘導(dǎo)者[32]。

AS早期由于多種抗原的暴露，導(dǎo)致TNF-α、IL-1等炎性因子大量釋放，DCs等抗原遞呈細(xì)胞在處理此類抗原至MHC分子時(shí)均需要伴有自噬的參與[33]。有學(xué)者通過(guò)自噬誘導(dǎo)劑雷帕霉素預(yù)處理DCs后觀察到自噬能夠影響其抗原提呈能力及誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞活化能力，致使免疫反應(yīng)加重，說(shuō)明DCs通過(guò)自噬在一定程度上能夠增加炎性反應(yīng)[34]。另有研究通過(guò)自噬抑制分子IL-10預(yù)處理DCs后發(fā)現(xiàn)脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)活化DCs 的能力明顯下降，同時(shí)DCs中MHC的表達(dá)、炎性因子的釋放及刺激T淋巴細(xì)胞增殖能力均顯著降低，能夠達(dá)到延緩AS發(fā)展的目的[35]。除此之外，分析斑塊內(nèi)細(xì)胞成分時(shí)發(fā)現(xiàn)DCs主要富集于泡沫細(xì)胞較為豐富的區(qū)域，通過(guò)電鏡觀察其超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)它們具有DCs的形態(tài)學(xué)特征，說(shuō)明DCs參與了泡沫細(xì)胞的形成，其發(fā)生機(jī)制可能與自噬有關(guān)[36]。

調(diào)節(jié)自噬能夠在一定程度上抑制AS進(jìn)展，但自噬通常是一把雙刃劍，因此，如何游刃有余地通過(guò)控制DCs自噬，從而調(diào)節(jié)泡沫細(xì)胞形成及T淋巴細(xì)胞的功能顯得尤為重要。

3.4 中性粒細(xì)胞(neutrophil) 是在免疫系統(tǒng)中起核心作用的多功能細(xì)胞，是機(jī)體免疫反應(yīng)的第一道細(xì)胞防線。眾所周知，AS的發(fā)生與炎性反應(yīng)密切相關(guān)，炎性刺激使中性粒細(xì)胞在受損的VECs處聚集，通過(guò)吞噬壞死的VECs、受損的細(xì)胞器等與顆粒融合及自噬溶酶體的形成，參與了AS的各個(gè)階段[37]。

Riffelmacher等[38]通過(guò)觀察ATG7缺乏的中性粒細(xì)胞前體發(fā)現(xiàn)其線粒體呼吸受損，腺嘌呤核苷三磷酸(adenosine triphosphate，ATP)產(chǎn)生減少，脂滴累積，糖酵解活性增加等引起其向有缺陷的方向分化，說(shuō)明自噬是中性粒細(xì)胞分化所必須經(jīng)歷的過(guò)程，該過(guò)程對(duì)其分化和死亡有著調(diào)節(jié)作用。Drechsler等[39]發(fā)現(xiàn)粥樣斑塊病變區(qū)的大小與血液循環(huán)中的中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正比，說(shuō)明中性粒細(xì)胞在粥樣斑塊的形成中發(fā)揮著重要作用。另外，當(dāng)中性粒細(xì)胞過(guò)度自噬發(fā)生衰竭或凋亡時(shí)，大量的細(xì)胞碎片能夠激活巨噬細(xì)胞自噬，二者通過(guò)相互激活也能夠加重AS的進(jìn)展[40]。

自噬能夠影響中性粒細(xì)胞的增殖、分化和存活，同時(shí)也受多種細(xì)胞因子的調(diào)控，那么通過(guò)下調(diào)自噬水平從而影響中性粒細(xì)胞分化可作為治療AS的新方向。

自噬是細(xì)胞的基本代謝過(guò)程，是一種自主性的降解方式，參與了AS的形成發(fā)展，具有兩面性。同時(shí)各種免疫細(xì)胞之間又可以通過(guò)直接或間接的方式相互影響，一起完成了AS發(fā)生發(fā)展的復(fù)雜過(guò)程[41]，因此，通過(guò)了解炎性反應(yīng)中不同免疫細(xì)胞自噬與AS的關(guān)系、調(diào)控機(jī)制及相關(guān)信號(hào)通路，能夠?yàn)锳S的防治提供新的方向及治療靶點(diǎn)。