自噬與細(xì)胞因子協(xié)同維持肝臟穩(wěn)態(tài)

朱婭梅 王嘉睿 馬世武

細(xì)胞自噬(autophagy)是細(xì)胞內(nèi)容物在溶酶體降解的過程中實(shí)現(xiàn)物質(zhì)、能量再循環(huán)，是細(xì)胞應(yīng)對(duì)各種應(yīng)激的保護(hù)機(jī)制。自噬受自噬相關(guān)基因(Atg)調(diào)控，在人類和酵母菌中已發(fā)現(xiàn)30多種Atg協(xié)同參與自噬過程。根據(jù)自噬體和溶酶體的結(jié)合途徑可將自噬分為三類：巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)、分子伴侶介導(dǎo)的自噬(CMA)。肝臟是人體物質(zhì)代謝、解毒的器官，以維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)。生理情況下肝細(xì)胞的自噬可調(diào)節(jié)肝細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。在病理狀態(tài)下，不同原因的肝損傷存在壞死、凋亡、焦亡、鐵亡、自噬等不同的死亡方式。新近研究發(fā)現(xiàn)，自噬可影響細(xì)胞對(duì)炎性因子(IL-1β、TNF)的敏感性，影響損傷相關(guān)分子模式的釋放，以調(diào)節(jié)肝臟炎癥，對(duì)肝臟起保護(hù)作用或促進(jìn)疾病的進(jìn)展[1-2]。本文主要探討巨自噬與細(xì)胞因子對(duì)肝臟穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)作用。

一、自噬參與多種肝臟疾病進(jìn)程

在特異性敲除小鼠Atg7基因阻斷基礎(chǔ)水平自噬后，肝臟明顯腫大，肝細(xì)胞中異常線粒體和過氧化物酶增加，大量泛素化蛋白積聚，導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡和血清轉(zhuǎn)氨酶升高。在肝缺血再灌注模型中，自噬水平明顯增加，明顯抑制肝細(xì)胞的死亡[3]。在酒精性肝病的研究中，乙醇可以抑制肝細(xì)胞內(nèi)自噬，引起Mallory-Denk小體聚集，使用雷帕霉素人工誘導(dǎo)自噬，減少細(xì)胞內(nèi)Mallory-Denk小體[3]。在非酒精性脂肪性肝病中，自噬可通過降解脂滴、調(diào)節(jié)胰島素抵抗、調(diào)節(jié)免疫等功能阻止疾病進(jìn)程，預(yù)防肝纖維化、肝癌等并發(fā)癥的發(fā)生[4]。在肝癌中，隨著病情的進(jìn)展，自噬有雙重作用，在腫瘤發(fā)生的早期，自噬可以維持正常細(xì)胞的基因組穩(wěn)定，抑制腫瘤進(jìn)展；在后期，自噬可為癌細(xì)胞提供能量，提高生存能力，誘導(dǎo)細(xì)胞黏附信號(hào)改變，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和遷移[6]。另有研究發(fā)現(xiàn)，索拉非尼通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞凋亡與自噬，自噬的發(fā)生弱化了索拉非尼的促凋亡作用，聯(lián)合應(yīng)用自噬抑制劑氯喹可明顯促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡[7]。通過系列研究，可以看到自噬在維持肝臟細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和引起肝細(xì)胞損傷中發(fā)揮雙刃劍作用。

二、自噬缺陷是肝細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的主要原因

肝細(xì)胞的基礎(chǔ)自噬是維持肝臟蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和細(xì)胞器穩(wěn)態(tài)的必要條件[8]。自噬對(duì)急、慢性肝損傷都有預(yù)防作用，自噬基因的沉默會(huì)導(dǎo)致不同表型的肝損傷，對(duì)自噬缺陷的小鼠模型的持續(xù)觀察，小鼠會(huì)表現(xiàn)出復(fù)雜的病理學(xué)變化，包括肝腫大、炎癥、纖維化、腫瘤的發(fā)生，表明自噬缺陷是肝臟穩(wěn)態(tài)失調(diào)的主要原因[2]。

三、自噬缺陷與炎癥細(xì)胞因子協(xié)同參與肝損傷

(一)自噬缺陷使肝細(xì)胞對(duì)細(xì)胞因子IL-1β、 TNF的毒性敏感性增加 近年來研究發(fā)現(xiàn)，在正常的肝細(xì)胞中IL-1β、TNF并不引起細(xì)胞損傷，而自噬缺陷的肝細(xì)胞對(duì)IL-1β、TNF的損傷敏感性增加，在兩者共存的情況下，有更高的細(xì)胞死亡率，以及體內(nèi)血清學(xué)指標(biāo)的異常；肝細(xì)胞自噬可抵抗酒精、半乳糖胺(GalN)和對(duì)乙酰氨基酚等毒素導(dǎo)致的肝損傷。在半乳糖胺誘導(dǎo)的肝損傷中，自噬可預(yù)防TNF引起的肝細(xì)胞損傷和細(xì)胞死亡[9]。有研究表明，IL-1β參與了非酒精性和酒精性脂肪性肝炎的病理生理過程，在慢性酒精性肝炎中，受損細(xì)胞釋放ATP和尿酸這兩種內(nèi)源性無菌信號(hào)增強(qiáng)了IL-1β的活性，引起炎癥[10]。 在正常的細(xì)胞中，IL-1β并不引起明顯的細(xì)胞死亡，而在自噬缺陷的細(xì)胞或TNF存在的情況下出現(xiàn)細(xì)胞損傷， 提示IL-1β誘導(dǎo)的肝損傷可能發(fā)生在自噬缺陷或TNF共存的情況；而在自噬缺陷的細(xì)胞內(nèi)，IL-1β、TNF表現(xiàn)出一定的協(xié)同作用。

(二)細(xì)胞能量失衡引起組織蛋白酶依賴的壞死 在siAtg5細(xì)胞中，經(jīng)IL-1β/ TNF處理后并未發(fā)現(xiàn)凋亡相關(guān)因子、半胱氨酸蛋白酶、線粒體細(xì)胞色素C的釋放， 而在放線菌素D / TNF的作用下存在以上因子參與凋亡， 提示IL-1β/ TNF介導(dǎo)的死亡并未通過TNF導(dǎo)致的線粒體死亡途徑發(fā)生凋亡。而進(jìn)一步使用壞死性凋亡抑制劑處理細(xì)胞，證實(shí)在自噬缺陷的細(xì)胞內(nèi)，IL-1β/TNF的肝毒性是細(xì)胞壞死引起的[2]。與Vec細(xì)胞相比，siAtg5細(xì)胞經(jīng)單獨(dú)TNF和IL-1β處理有輕度的ATP減少，但在兩種細(xì)胞內(nèi)，IL-1β/TNF的協(xié)同處理則導(dǎo)致ATP大量減少。通過補(bǔ)充丙酮酸或油酸，可顯著減少IL-1β/TNF誘導(dǎo)的siAtg5細(xì)胞死亡。通過ATP的耗竭會(huì)導(dǎo)致溶酶體通透性改變，水解酶(組織蛋白的釋放)引起細(xì)胞死亡。在IL-1β/TNF處理的siAtg5細(xì)胞的組織蛋白酶B和L活性增加，而組織蛋白酶抑制劑可阻止siAtg5細(xì)胞死亡，在組織蛋白酶相關(guān)基因去除后，細(xì)胞死亡水平明顯降低。另一項(xiàng)研究表明，TNF-α相關(guān)的溶酶體通透性是組織蛋白酶B依賴的；而鞘氨醇與組織蛋白酶B的活性有關(guān)，通過用靶向鞘氨醇或促進(jìn)鞘氨醇產(chǎn)生的神經(jīng)酰胺酶抑制組織蛋白酶B的活性，或使用溶酶體穩(wěn)定劑可以抑制TNF介導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡[11]。而在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，在IL-1β/ TNF處理的Atg5Δhep小鼠肝臟中檢測(cè)到組織蛋白酶B和L，用組織蛋白酶抑制劑可以減輕小鼠血清ALT和TUNEL水平。這些研究表明，IL-1β/ TNF處理的siAtg5細(xì)胞ATP失衡可引起溶酶體依賴的壞死。

(三)自噬缺陷促進(jìn)DAMPS的釋放，調(diào)節(jié)肝臟炎癥 經(jīng)IL-1B/TNF處理的Atg5Δhep小鼠，IL-16、干擾素、cox-2的水平明顯增加，提示肝細(xì)胞自噬缺陷可放大炎癥效應(yīng)。 經(jīng)IL-1β/TNF處理的siAtg5細(xì)胞外囊泡(EV)中檢測(cè)到DAMPs高遷移率族1(HMGB1)和熱休克蛋白90(HSP90)，而Vec細(xì)胞不存在。將野生型庫普弗細(xì)胞暴露于IL-1β/ TNF處理的siAtg5細(xì)胞EV中，庫普弗細(xì)胞促炎基因和Cox2的mRNA水平顯著提高[2]。因此，在自噬減少的細(xì)胞在IL-1β/TNF應(yīng)答時(shí)DAMP分泌，擴(kuò)大炎癥反應(yīng)，表明自噬可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子而調(diào)節(jié)肝細(xì)胞炎癥。

IL-1β在自噬缺陷、與TNF共存的情況下介導(dǎo)肝細(xì)胞死亡路徑。目前的研究對(duì)增加自噬和肝臟疾病(例如脂肪性肝炎)治療的療法開辟了新視角，將來仍需進(jìn)一步研究正常情況及肝臟疾病狀態(tài)下肝細(xì)胞自噬和炎癥的關(guān)系。