巨噬細(xì)胞自噬在慢性阻塞性肺疾病中的作用

袁關(guān)利 劉銀鳳 王曉彤 孟愛宏

1河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,石家莊050000；2秦皇島市第一醫(yī)院乳腺外科066000

袁關(guān)利現(xiàn)在秦皇島市第一醫(yī)院急診科066000

COPD是由于氣道和/或肺泡的異常所致,通常是由于大量接觸有害顆?；驓怏w并受宿主因素的影響[1]。目前COPD 的發(fā)病機(jī)制普遍受到認(rèn)可的主要有蛋白酶-抗蛋白酶假說、氧化-抗氧化系統(tǒng)失調(diào)、炎癥反應(yīng)、免疫因素、細(xì)胞凋亡等。巨噬細(xì)胞通過分泌炎癥因子及蛋白酶、誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、吞噬清除微生物和凋亡細(xì)胞等在COPD 中起著重要的作用[2]。自噬影響著巨噬細(xì)胞各種功能,本文總結(jié)了巨噬細(xì)胞自噬對(duì)COPD 影響的研究進(jìn)展,為防治COPD 提供一個(gè)新思路。

1 巨噬細(xì)胞在COPD中的作用

巨噬細(xì)胞在維持肺內(nèi)穩(wěn)態(tài)、免疫監(jiān)視、微生物和細(xì)胞清除等方面起重要作用[3]。肺氣腫患者巨噬細(xì)胞定位于肺泡壁破壞的部位,肺實(shí)質(zhì)中的巨噬細(xì)胞數(shù)量與肺氣腫的嚴(yán)重程度相關(guān)[4]。巨噬細(xì)胞通過產(chǎn)生多種促炎介質(zhì),包括趨化因子、細(xì)胞因子、蛋白酶、活性氧 (reactive oxygen specices,ROS)中間體、活性氮中間體促進(jìn)肺損傷[5]。巨噬細(xì)胞參與蛋白酶-抗蛋白酶失衡,可以產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶[6-7]。這些酶可以破壞肺泡壁結(jié)構(gòu),最終發(fā)展為肺氣腫[8]。COPD 患者的巨噬細(xì)胞對(duì)病原體的吞噬功能存在障礙[5],同時(shí)COPD 患者肺泡巨噬細(xì)胞MHCⅠm RNA 表達(dá)降低[9]。免疫應(yīng)答的減弱增加COPD 的慢性感染和惡化。

2 自噬在COPD中的作用

自噬是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制。自噬通過維持代謝平衡,降解損傷的細(xì)胞器、錯(cuò)誤折疊蛋白、病原體等方式促進(jìn)細(xì)胞存活。過度的自噬也會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。自噬分為3種類型：大自噬、小自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬。自噬參與到肺部病原體的感染、氣道炎癥、細(xì)胞凋亡、纖毛功能、氧化應(yīng)激、肺衰老、肺氣腫等過程,影響COPD 的發(fā)生、發(fā)展[10]。

3 自噬通過影響巨噬細(xì)胞功能影響COPD

3.1 自噬影響巨噬細(xì)胞極化 巨噬細(xì)胞可極化為不同表型,包括M1型和M2型。M1型巨噬細(xì)胞被激活后釋放促炎細(xì)胞因子。M2 型起到促進(jìn)組織重塑和對(duì)抗炎癥反應(yīng)的作用。二十二碳六烯酸可以通過增強(qiáng)自噬使U937細(xì)胞M2巨噬細(xì)胞標(biāo)志物的上調(diào)[11]。自噬基因Atg5缺陷的小鼠骨髓巨噬細(xì)胞被脂多糖 (lipopolysaccharide,LPS)處理后M1標(biāo)志物較正常細(xì)胞明顯升高；誘導(dǎo)M2極化的IL-4和IL-13處理發(fā)現(xiàn)其向M2的極化明顯減少,這說明自噬缺陷可促使骨髓巨噬細(xì)胞M1極化,抑制M2極化[12]。高血糖條件下線粒體功能障礙抑制自噬通量,使巨噬細(xì)胞向M1型分化[13]。

也有相反的結(jié)論,在糖尿病中,晚期糖基化終產(chǎn)物誘導(dǎo)的自噬通過刺激巨噬細(xì)胞向M1的極化對(duì)傷口愈合產(chǎn)生負(fù)面影響[14]。自噬通過ROS/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)和m TOR信號(hào)通路抑制異丙腎上腺素誘導(dǎo)的M2巨噬細(xì)胞極化[15]。3.2 自噬影響巨噬細(xì)胞炎癥因子釋放 自噬對(duì)巨噬細(xì)胞炎癥因子釋放同樣起重要作用。白三烯B4受體1拮抗劑通過增加香煙煙霧誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子EB 的表達(dá)增強(qiáng)自噬表現(xiàn)出抗炎作用[16]。小鼠腹腔巨噬細(xì)胞中,α芒果堿誘導(dǎo)自噬,抑制內(nèi)毒素刺激的NLRP3 炎癥小體的激活以及IL-1β的產(chǎn)生[17]。肺炎克雷白桿菌處理巨噬細(xì)胞,Atg7缺陷可促進(jìn)p-IκBα與泛素的結(jié)合,促進(jìn)核因子κB 入核,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤壞死因子α (tumor necrosis factor-α,TNF-α)的釋放[18]。Atg5基因缺陷小鼠巨噬細(xì)胞IL-1β分泌水平升高,可能是因?yàn)樽允扇毕莸木奘杉?xì)胞NLRP3 炎癥小體活性增加[19]。Anx A2 基因缺失通過Akt1-m TORULK1/2途徑損傷銅綠假單胞菌誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞自噬,促進(jìn)炎癥因子釋放[20]。低濃度LPS刺激下,Atg7 缺陷小鼠巨噬細(xì)胞產(chǎn)生更多的TNF-α和CXC 趨化因子配體2,提示Atg7缺陷的巨噬細(xì)胞對(duì)LPS刺激更加敏感,即自噬損害降低了肺中LPS的反應(yīng)閾值[21]。

然而也有相反結(jié)論,即自噬對(duì)炎癥因子的釋放起促進(jìn)作用。降植烷可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞自噬,低表達(dá)自噬的正向調(diào)控基因BECN1 后,降植烷處理的小鼠血清內(nèi)TNF-α 和IL-1β表達(dá)減少[22]。重組人精氨酸Ⅰ通過抑制自噬顯著降低用LPS 和γ-干擾素激活的巨噬細(xì)胞中IL-6 和TNF-α水平[23]。

磷酸化丁酸鹽反應(yīng)因子1 (butyrate response factor1,BRF1)可以抑制LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞自噬和炎癥因子產(chǎn)生,同時(shí)抑制ERK 的磷酸化,但BRF1和自噬抑制劑共同作用于LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞時(shí)自噬反而增強(qiáng),炎癥因子產(chǎn)生增加,可能是自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤抑制PI3K 通路,使ERK 通路激活所致；ERK 抑制劑和BRF1同時(shí)作用于LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞時(shí),自噬未被抑制,而炎癥因子產(chǎn)生增加[24]。這說明自噬與炎癥因子產(chǎn)生之間信號(hào)通路復(fù)雜。

3.3 自噬對(duì)巨噬細(xì)胞吞噬清除能力的影響 香煙煙霧可損傷巨噬細(xì)胞對(duì)銅綠假單胞菌的吞噬清除能力,使巨噬細(xì)胞自噬受損,而誘導(dǎo)自噬可以恢復(fù)其吞噬能力[25]。Wnt5a可以激活自噬,增強(qiáng)巨噬細(xì)胞對(duì)銅綠假單胞菌的清除[26]。IL-17A 和IL-17F可以激活巨噬細(xì)胞自噬,促進(jìn)其對(duì)土壤分枝桿菌的清除[27]。重組人精氨酸Ⅰ通過抑制自噬顯著降低用LPS和γ-干擾素激活巨噬細(xì)胞吞噬功能[23]。高碳酸可以增加巨噬細(xì)胞Bcl-2基因和Bcl-XL 的表達(dá),并促進(jìn)其對(duì)自噬蛋白Beclin1的結(jié)合抑制自噬,抑制巨噬細(xì)胞對(duì)細(xì)菌的殺傷[28]。巨噬細(xì)胞在吞噬凋亡細(xì)胞后自噬被激活,用3-甲基腺嘌呤抑制自噬后對(duì)凋亡細(xì)胞的吞噬減弱[29]。

上述研究表明自噬可以增強(qiáng)巨噬細(xì)胞對(duì)病原體或凋亡細(xì)胞的吞噬和清除,然而也有研究表明增強(qiáng)自噬損害巨噬細(xì)胞對(duì)病原體的吞噬和清除。銅綠假單胞菌誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞自噬,可以抑制吞噬受體的表達(dá)以抑制其吞噬作用,并減少ROS和活性氮的產(chǎn)生以減弱巨噬細(xì)胞對(duì)吞噬細(xì)菌的殺傷[30]。耐甲氧西林金葡菌感染巨噬細(xì)胞后,巨噬細(xì)胞自噬上調(diào),吞噬和清除能力減弱；而抑制自噬后巨噬細(xì)胞的吞噬和清除能力增強(qiáng)[31]。

因此自噬對(duì)巨噬細(xì)胞的吞噬和清除細(xì)菌的作用尚存在爭(zhēng)議,因?yàn)檫m當(dāng)?shù)淖允墒羌?xì)胞的適應(yīng)和存活機(jī)制,而過度的自噬會(huì)損傷細(xì)胞,所以自噬對(duì)巨噬細(xì)胞作用的不同可能是誘導(dǎo)時(shí)間、誘導(dǎo)物和自噬的誘導(dǎo)程度不同所致。其機(jī)制尚需進(jìn)一步研究來(lái)明確。

3.4 自噬對(duì)巨噬細(xì)胞抗原提呈能力的影響 自噬可將巨噬細(xì)胞內(nèi)的病原體,包裹在自噬小體中傳遞到溶酶體降解,降解產(chǎn)物可整合到MHCⅡ類分子進(jìn)行抗原呈遞,同時(shí)自噬也與MHCⅠ介導(dǎo)的抗原交叉呈遞有關(guān)[32]。自噬相關(guān)基因的缺失促進(jìn)了MHCⅠ類分子的內(nèi)化,改善內(nèi)源性抗原的提呈,但是抑制了對(duì)CD8+T 細(xì)胞的交叉呈遞；LC3 相關(guān)吞噬作用通過調(diào)節(jié)MHCⅡ類呈遞的內(nèi)吞抗原處理,支持抗真菌、自身免疫和調(diào)節(jié)CD4+T 細(xì)胞反應(yīng)[33]。氧化低密度脂蛋白通過誘導(dǎo)自噬增加MHCⅡ類分子,提高特異性抗體提呈給CD4+T 細(xì)胞效率[34]。從以上研究可以看出自噬相關(guān)蛋白在巨噬細(xì)胞的抗原提呈中起著重要作用,影響適應(yīng)性免疫。

3.5 自噬對(duì)巨噬細(xì)胞凋亡的影響 適度自噬在維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面具有重要意義,而過度自噬可能導(dǎo)致細(xì)胞死亡。巨噬細(xì)胞缺氧早期,誘導(dǎo)自噬可增強(qiáng)巨噬細(xì)胞活力,減少巨噬細(xì)胞凋亡[35]。LPS誘導(dǎo)的塵肺患者肺巨噬細(xì)胞自噬通量受阻,自噬小體增加,進(jìn)一步使Bcl-2 水平降低,Bax、裂解半胱氨酸蛋白酶3水平升高,導(dǎo)致凋亡[36]。有機(jī)硫復(fù)合物抑制m TOR 磷酸化活性誘導(dǎo)自噬,維持細(xì)胞質(zhì)量,保護(hù)巨噬細(xì)胞免于凋亡[37]。氧化低密度脂蛋白暴露促進(jìn)巨噬細(xì)胞p62積累以及脂質(zhì)沉積,積累的p62進(jìn)一步抑制自噬,導(dǎo)致細(xì)胞死亡[38]。

然而也有研究表明自噬促進(jìn)巨噬細(xì)胞凋亡。在腸缺血/再灌注誘導(dǎo)的肺損傷中,補(bǔ)體5a受體在肺泡巨噬細(xì)胞中表達(dá)上調(diào),肺損傷時(shí)產(chǎn)生的補(bǔ)體5a與受體結(jié)合,啟動(dòng)下游信號(hào)促進(jìn)自噬,導(dǎo)致肺泡巨噬細(xì)胞凋亡[39]。系統(tǒng)性紅斑狼瘡小鼠中,Toll樣受體7 通過Notch1-Hes-1 信號(hào)途徑上調(diào)p62表達(dá),增加自噬依賴性細(xì)胞死亡[40]。

3.6 自噬對(duì)巨噬細(xì)胞氧化應(yīng)激的影響 巨噬細(xì)胞中自噬和氧化應(yīng)激相互影響,氧化應(yīng)激可以誘導(dǎo)自噬,適度自噬可以對(duì)抗氧化應(yīng)激,自噬抑制和過度氧化應(yīng)激造成細(xì)胞死亡。PM2.5暴露可以通過氧化應(yīng)激介導(dǎo)的PI3K/AKT/m TOR 途徑誘導(dǎo)肺巨噬細(xì)胞自噬[41]。小鼠巨噬細(xì)胞暴露于高效氯氰菊酯,用自噬激動(dòng)劑雷帕霉素共同處理,可以部分阻斷線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激[42]。增強(qiáng)自噬可以通過減少巨噬細(xì)胞中的ROS 和NO 生成來(lái)抑制胞內(nèi)細(xì)菌的殺傷[30]。Atg5基因缺陷導(dǎo)致自噬受損,ROS產(chǎn)生增加[43]。薯蕷皂苷觸發(fā)巨噬細(xì)胞自噬可以減少SiO2顆粒誘導(dǎo)的線粒體ROS產(chǎn)生[44]。誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞自噬可以增強(qiáng)超氧化物歧化酶活性,抑制自噬超氧化物歧化酶活性降低[35]。巨噬細(xì)胞的自噬抑制伴隨著線粒體膜電位的下降,其下降與自噬抑制相結(jié)合導(dǎo)致細(xì)胞ROS顯著升高[45]。可見巨噬細(xì)胞中自噬與氧化應(yīng)激關(guān)系密切,它們相互作用,共同影響巨噬細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。

3.7 巨噬細(xì)胞自噬與蛋白酶-抗蛋白酶失衡 氧化低密度脂蛋白阻斷了巨噬細(xì)胞自噬通量,導(dǎo)致p62 聚集,p62 通過依賴核因子κB信號(hào)參與MMP-9表達(dá)[46]。而吸煙者巨噬細(xì)胞同樣存在自噬通量受阻[47]。薯蕷皂苷可以通過增強(qiáng)自噬來(lái)減少SiO2 誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中MMP-9 和MMP-12 的產(chǎn)生[44]。

4 COPD基于自噬的治療

半胱胺既可抗氧化又有誘導(dǎo)自噬的功能,在香煙煙霧通過ROS介導(dǎo)的自噬損傷誘導(dǎo)的支氣管上皮細(xì)胞凋亡和衰老中起到治療作用[48]。吉非羅齊可通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子EB激活而激活自噬,進(jìn)而控制炎癥、氧化應(yīng)激、凋亡及因此產(chǎn)生的COPD-肺氣腫[49]。S-亞硝基谷胱甘肽通過改善香煙煙霧誘導(dǎo)的獲得性囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子功能障礙、自噬損傷、慢性炎癥-氧化應(yīng)激來(lái)控制COPD-肺氣腫[50]。基于自噬的治療可能是應(yīng)對(duì)COPD 的一種新的思路,通過進(jìn)一步研究有望對(duì)COPD 的治療起到積極作用。

5 小結(jié)

COPD 是一種亟須解決的全球性疾病,其發(fā)病機(jī)制尚不完全明確。自噬可能通過影響巨噬細(xì)胞的極化和炎癥因子分泌進(jìn)而影響COPD 的炎癥反應(yīng)；可能通過影響巨噬細(xì)胞的吞噬清除作用和抗原提呈進(jìn)而影響COPD 中的免疫反應(yīng)；可能通過影響巨噬細(xì)胞的基質(zhì)金屬蛋白酶的分泌參與COPD 中的蛋白酶-抗蛋白酶失衡。另外自噬還可能通過影響巨噬細(xì)胞的凋亡和氧化應(yīng)激對(duì)COPD 產(chǎn)生重要影響。因此進(jìn)一步研究巨噬細(xì)胞自噬可能對(duì)COPD 的影響非常重要,有望為COPD 治療提供新的途徑。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突