自噬在抗感染免疫中的作用機制研究進展①

雷澤慧 汪 靜 劉翠華

(中國科學(xué)院微生物研究所病原微生物與免疫學(xué)重點實驗室，北京 100101)

真核細(xì)胞主要通過三種途徑將衰老損傷的細(xì)胞器、變性蛋白質(zhì)等傳遞至溶酶體予以降解，分別是巨自噬(macroautophagy)、微自噬(microautophagy)和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)。巨自噬的研究最為深入，通常所說的自噬即指巨自噬。自噬過程受一系列自噬相關(guān)基因(autophagy-related genes,ATG)形成的蛋白復(fù)合物的精細(xì)調(diào)控。其具體過程如下：ULK1復(fù)合物(ULK1-ATG13-FIP200-ATG101)介導(dǎo)自噬的啟動，正常生理狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)能量充足，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mechanistic target of rapamycin complex 1,mTORC1)處于活化狀態(tài)，促進ATG13和ULK1的磷酸化使其失活，而饑餓條件下mTORC1活性被抑制，去磷酸化的ATG13、ULK1等分子間相互作用促進活性ULK1復(fù)合物的形成，誘導(dǎo)自噬的發(fā)生；活化的ULK1復(fù)合物磷酸化PI3KC3 (phosphoinositide 3-kinase catalytic subunit typeⅢ)復(fù)合物(Beclin 1-PI3K-VPS15-ATG14L)介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等膜性細(xì)胞器前自噬體結(jié)構(gòu)PAS(pre-autophagosomal structure)的形成；PI3KC3復(fù)合物進一步招募ATG16L1復(fù)合物(ATG16L1-ATG12-ATG5)，定位于PAS的外膜表面并促進其擴張；ATG4切割LC3前體形成的LC3-Ⅰ被招募至自噬泡上，在E1樣酶ATG7和E2樣酶ATG3的作用下被磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine，PE)修飾成為脂溶性LC3，即LC3-Ⅱ，參與膜的延伸，同時LC3-Ⅱ可進一步與新形成的自噬膜結(jié)合，促進自噬體的融合及擴張；ESCRT復(fù)合體(endosomal sorting complex required for transport)、SNARE復(fù)合體(soluble NSF attachment protein receptors)及Rab GTPases等介導(dǎo)自噬體沿微管骨架的運動，最終與溶酶體融合形成自噬溶酶體，內(nèi)容物及內(nèi)膜等被溶酶體酶降解[1]。近年來，隨著病原-宿主互作機制研究的深入，發(fā)現(xiàn)自噬不僅可通過非選擇性自噬降解細(xì)胞內(nèi)的各種成份，而且可通過選擇性自噬如異源自噬(xenophagy)等清除入侵的病原微生物，并調(diào)控感染誘導(dǎo)的天然免疫及適應(yīng)性免疫應(yīng)答[2，3]。本文概述了有關(guān)自噬對病原微生物的直接清除作用、在天然和適應(yīng)性抗感染免疫應(yīng)答過程中的調(diào)控作用及分子機制，以及病原微生物逃避或利用自噬從而促進自身存活的機制等方面的進展，以便為靶向自噬的抗感染治療提供新思路。

1 自噬對病原微生物的直接清除作用

異源自噬是細(xì)胞降解侵入胞內(nèi)的細(xì)菌、病毒等病原體的一種重要方式。自噬系統(tǒng)對病原體的識別是啟動異源自噬的關(guān)鍵步驟。自噬受體(sequestosome-like receptors，SLRs)，如SQSTM1/p62(sequestosome 1)、OPTN(optineurin)、 NDP52(nuclear dot protein 52 kDa)等可同時結(jié)合泛素化修飾的病原體及LC3蛋白，從而捕獲病原體進入自噬小體[4]。此外，可識別病原微生物的病原模式相關(guān)分子(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)的宿主模式識別受體(pattern-recognition receptors，PRRs)不僅激活先天免疫應(yīng)答，也可誘導(dǎo)自噬的發(fā)生。例如，細(xì)胞膜上的TLRs (Toll-like receptors)介導(dǎo)的信號通路激活后，其多個節(jié)點蛋白可增強Beclin 1的活性進而誘導(dǎo)自噬的發(fā)生。此外，TAK1(TGF-β-activated kinase 1)的激活能促進AMPK(AMP-activated protein kinase)的磷酸化，并進一步磷酸化ULK1S317和ULK1S555誘發(fā)自噬[5]。胞質(zhì)受體NOD1/2(nucleotide-binding oligomerization domain proteins 1/2)等活化后可與IRGM(immunity-related GTPase family M protein)互作并促進IRGM的K63多聚泛素化以增進IRGM與自噬關(guān)鍵蛋白ULK1和Beclin 1的互作，從而促進自噬小體的組裝進而捕獲病原體[6]。胞質(zhì)DNA受體cGAS(cyclic guanosine monophosphate-adenosine monophosphate(cGAMP) synthase)-STING(stimulator of interferon genes)被激活后，STING可自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-高爾基體中間區(qū)(ER-Golgi intermediate compartment,ERGIC)，為LC3脂化反應(yīng)提供膜來源進而促進自噬介導(dǎo)的DNA病毒的清除[7]。近期有研究發(fā)現(xiàn)，補體C3在胞外結(jié)合病原體，入胞后可招募ATG16L1，促進自噬體形成并抑制病原菌的增殖[8]。除了直接捕獲病原體外，自噬小體還可捕獲含病原體的破損吞噬體，而V-ATPase是識別囊泡損傷以誘發(fā)自噬的關(guān)鍵分子[9]。近年還發(fā)現(xiàn)了與經(jīng)典自噬不同的LAP(LC3-associated phagocytosis)途徑，該過程并不形成自噬體，而是通過募集LC3至吞噬體膜上進而與溶酶體融合以快速降解病原體[10，11]。盡管經(jīng)典的異源自噬與LAP這兩種與病原降解相關(guān)的自噬途徑均存在LC3的脂化，但這兩條途徑中涉及的ATG分子及其調(diào)控功能和機制尚未完全明確。此外，目前關(guān)于異源自噬的研究主要集中于病原體感染過程中自噬的誘發(fā)，而之后病原體的捕獲及被降解的過程及具體機制仍有待進一步闡明(圖1)。

2 自噬在天然抗感染免疫中的調(diào)控作用

天然免疫是一種古老而保守的宿主防御機制，其執(zhí)行者是多種天然免疫細(xì)胞，而后者的功能又受一系列天然免疫信號通路的精細(xì)調(diào)控。自噬作為重要的細(xì)胞維穩(wěn)機制，參與了天然免疫應(yīng)答的多個方面。因此，明確自噬在天然免疫細(xì)胞活化增殖以及信號通路激活中的調(diào)控作用，可為靶向天然免疫系統(tǒng)的治療策略提供新思路(圖2)。

圖1 自噬對病原微生物的直接清除作用Fig.1 Direct elimination of pathogenic microorganisms by autophagy

圖2 自噬對天然免疫信號通路的調(diào)控作用Fig.2 Regulation of autophagy on innate immune signaling pathways

2.1自噬對天然免疫細(xì)胞的調(diào)控作用

2.1.1巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞是天然免疫系統(tǒng)的主要功能細(xì)胞，其分化、極化及清除病原體等多項功能均受到自噬的調(diào)控。單核細(xì)胞分化為巨噬細(xì)胞的過程中，JNK(JUN N-terminal kinase)被活化以促進Bcl-2(B cell lymphoma-2)的磷酸化，使Beclin 1從Beclin 1-Bcl-2復(fù)合物中解離出來進而激活自噬以參與巨噬細(xì)胞的分化過程[12]。其后，巨噬細(xì)胞受環(huán)境中的微生物等影響產(chǎn)生M1(促炎型)和M2(抑炎型)兩種不同的極化狀態(tài)。自噬受體p62介導(dǎo)泛素化的p65降解，抑制NF-κB(nuclear factor-κB)的活化以促進巨噬細(xì)胞向M2型極化并發(fā)揮抑炎效應(yīng)[13]。需要指出的是，巨噬細(xì)胞的極化過程較為復(fù)雜，對于自噬促進巨噬細(xì)胞往M2型極化這一結(jié)論仍存在爭議。活化的巨噬細(xì)胞主要通過吞噬作用清除病原體，然而某些病原體能從吞噬體逃脫至細(xì)胞質(zhì)中增殖，或修飾吞噬體以避免其與溶酶體融合，此時自噬可作為一種補償機制，將逃脫的病原體或含病原體的破損吞噬體捕獲進自噬體中，后者最終與溶酶體融合完成對病原體的清除[2]。被感染的巨噬細(xì)胞可激活天然免疫信號通路，釋放細(xì)胞因子以調(diào)控免疫反應(yīng)，而自噬可調(diào)控該細(xì)胞因子的分泌過程，并且因細(xì)胞微環(huán)境不同而發(fā)揮雙向調(diào)控作用[14]。

2.1.2中性粒細(xì)胞 中性粒細(xì)胞是抵御病原體的第一道防線，但其壽命非常短暫，因此中性粒細(xì)胞的快速分化增殖是免疫系統(tǒng)對抗入侵病原體的關(guān)鍵。中性粒細(xì)胞分化過程中其代謝方式可由糖酵解轉(zhuǎn)化為脂肪酸氧化，而自噬介導(dǎo)脂滴的降解以產(chǎn)生游離脂肪酸促進代謝方式的轉(zhuǎn)變，從而為中性粒細(xì)胞分化提供所需的能量[15]，且中性粒細(xì)胞分化過程中自噬的激活有助于清除細(xì)菌感染[16]。此外，中性粒細(xì)胞可以釋放由DNA纖維和各種顆粒酶組成的胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps，NETs)以捕獲并殺死感染機體的細(xì)菌、真菌等。NETs的釋放依賴于胞內(nèi)染色質(zhì)的去濃縮，而Wortmannin抑制自噬發(fā)生后導(dǎo)致染色質(zhì)去濃縮過程受阻并抑制NETs的形成[17]。此外，研究發(fā)現(xiàn)在小鼠敗血癥模型中誘導(dǎo)自噬可促進NETs的形成并有利于小鼠存活[18]。然而，另外一項研究表明，雖然3-MA(3-methyl ade-nine)和Wortmannin 抑制PI3K(phosphoinositide 3-kinase)的活性及自噬發(fā)生，進而阻抑NETs形成，但是Atg5的缺失或Bafilomycin A1、氯喹等抑制自噬流后并不影響NETs的形成[19]。因此，NETs的形成可能受PI3K相關(guān)信號通路調(diào)控，但有關(guān)自噬對NETs的調(diào)控作用及具體機制尚需建立合適的實驗?zāi)Ｐ屠^續(xù)深入探索。

2.1.3固有淋巴樣細(xì)胞(innate lymphoid cells,ILCs) ILCs能夠在病原體入侵時快速響應(yīng)以對抗感染的發(fā)生，其可分為三個亞群：自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell,NK)及ILC1組成的1類ILC,2類ILC，淋巴樣組織誘導(dǎo)細(xì)胞(lymphoid tissue inducer cell，LTi)及ILC3組成的3類ILC[20]。自噬主要參與ILCs的發(fā)育過程。未成熟的NK細(xì)胞(immature NK cells,iNKs)具有較強的自噬活性。iNKs發(fā)育過程中，細(xì)胞質(zhì)中磷酸化的FoxO1(Forkhead box O1)與ATG7互作促進自噬發(fā)生，有助于清除細(xì)胞內(nèi)受損的線粒體及活性氧(reactive oxygen species，ROS)，減少細(xì)胞的凋亡并促進其進一步發(fā)育為成熟NK細(xì)胞，以清除病毒感染[21]。大量的NK細(xì)胞在病毒感染過程中發(fā)生凋亡，然而部分細(xì)胞會由效應(yīng)細(xì)胞進一步轉(zhuǎn)化為具有長壽命的記憶細(xì)胞。研究表明ATG3、BNIP3(BCL2/adenovirus E1B 19-kDa interacting protein 3)及BNIP3L(BNIP3-like)介導(dǎo)的線粒體自噬在NK細(xì)胞對特定抗原記憶的形成過程中發(fā)揮重要作用[22]。盡管自噬在NK細(xì)胞記憶形成中的具體機制仍不清楚，但是氧化磷酸化相關(guān)的代謝轉(zhuǎn)換可能是自噬的調(diào)控機制之一。與NK細(xì)胞一樣，自噬可以促進ILCs的正常發(fā)育。NK-Atg5-/-小鼠ILCs發(fā)育為成熟ILC1s、ILC2s、ILC3s的能力減弱，但是自噬缺陷并不影響已成熟ILCs的穩(wěn)態(tài)，其中的具體調(diào)控機制有待進一步闡明[23]。

2.1.4其他細(xì)胞：樹突狀細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞 樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DCs)是專職抗原提呈細(xì)胞，對抗原進行加工處理后并將其裝載于MHC(major histocompatibility complex)classⅠ和MHC classⅡ分子上，進一步提呈給CD8+T和CD4+T細(xì)胞，因此DCs是連接天然免疫和適應(yīng)性免疫的橋梁。自噬主要調(diào)控DCs介導(dǎo)的抗原提呈過程(該過程的詳細(xì)介紹請見3.2)。嗜酸性粒細(xì)胞在過敏反應(yīng)及殺傷細(xì)菌、寄生蟲等過程中發(fā)揮作用。在過敏性哮喘小鼠模型中，其肺部的嗜酸性粒細(xì)胞較其他炎癥細(xì)胞而言，形成豐富的自噬體，且LC3表達升高，3-MA處理或敲低Atg5抑制小鼠自噬發(fā)生后，氣管反應(yīng)及肺部炎癥增強，這些現(xiàn)象表明嗜酸性粒細(xì)胞中自噬的活化可調(diào)控其炎癥水平[24]。此外，感染條件下，嗜酸性粒細(xì)胞也可形成胞外誘捕網(wǎng)(eosinophil extracellular traps，EETs)以清除病原體。有研究表明Atg5缺失或Bafilomycin A1、氯喹等晚期自噬抑制劑并不影響EETs的形成[19]。目前，人們對自噬如何調(diào)控肥大細(xì)胞的功能知之甚少。已有研究表明營養(yǎng)充足的條件下，肥大細(xì)胞仍保持豐富的自噬流，且LC3-Ⅱ定位于分泌性顆粒中，Atg7缺失導(dǎo)致肥大細(xì)胞的脫顆粒功能嚴(yán)重受損，但并不影響其發(fā)育[25]。肥大細(xì)胞除主要參與IgE介導(dǎo)的過敏反應(yīng)外，在細(xì)菌、真菌感染誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答中也發(fā)揮重要作用，且其脫顆?，F(xiàn)象可能也參與抗感染過程[26]。由此推測，自噬可能調(diào)控肥大細(xì)胞的抗感染作用，但其確切的調(diào)控功能及機制有待進一步闡明。

2.2自噬對天然免疫信號通路的調(diào)控作用

2.2.1NF-κB信號通路 NF-κB信號通路是應(yīng)對微生物感染的重要天然免疫信號通路。病原體感染早期，組織駐留F4/80hi巨噬細(xì)胞中p62可捕獲NF-κB的抑制蛋白A20并介導(dǎo)其自噬性降解，進而促進NF-κB信號通路的活化[27]。然而，自噬也可作為負(fù)調(diào)控機制抑制NF-κB的持續(xù)活化。 自噬受體p62介導(dǎo)p65、IKKβ(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase subunit beta)和IKKγ/NEMO(NF-kappa-B essential modulator)的自噬性降解進而抑制NF-κB通路激活[28-30]。TAX1BP1(tax1-binding protein 1)也可靶向TLRs下游接頭蛋白TRIF (TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β)的自噬性降解進而抑制NF-κB通路激活[31]。而OPTN通過與IRAK-1(interleukin-1 receptor-associated kinase 1)結(jié)合抑制TRAF6 (TNF receptor-associated factor 6)的泛素化進而抑制NF-κB通路的活化[32]。此外，細(xì)胞可利用NF-κB信號通路調(diào)控自噬以降低炎癥程度。LPS(lipopolysaccharide) 刺激巨噬細(xì)胞激活NF-κB信號通路后，上調(diào)p62的表達誘導(dǎo)線粒體自噬，以清除受損線粒體并抑制NLRP3(NOD-,LRR-and pyrin domain-containing protein 3)炎癥小體的激活，作為負(fù)反饋調(diào)節(jié)機制控制炎癥因子的持續(xù)產(chǎn)生[33]。自噬與NF-κB信號通路之間的相互作用擴充了抗感染免疫網(wǎng)絡(luò)，有利于免疫穩(wěn)態(tài)的維持。

2.2.2MAPK(mitogen-activated protein kinases)信號通路 MAPK信號通路同NF-κB信號通路一樣，多種PRRs如TLRs、NLRs(NOD-like receptors)、RLRs(retinoic acidinduciblegene I-like receptors) 等識別相應(yīng)配體被激活后均可使其活化。由于自噬調(diào)控 PRRs下游接頭蛋白的穩(wěn)態(tài)，MAPK的活化也受到自噬影響[31，32]。而MAPK信號通路對自噬的調(diào)控更引人關(guān)注。JNK活化后介導(dǎo)c-Jun磷酸化誘導(dǎo)lc3、Beclin1、Atg5等自噬基因的高表達，或催化Bcl-2的磷酸化，使Beclin 1與磷酸化的Bcl-2解離并參與形成PI3KC3復(fù)合物以促進自噬的發(fā)生[34]。ERK(extracellular signal-related kinase)活化后促進ATF4(activating transcription factor 4)的磷酸化誘導(dǎo)自噬基因表達進而促進自噬通路的活化[35]，而p38則抑制炎癥條件下自噬的激活。LPS刺激小膠質(zhì)細(xì)胞，活化的p38介導(dǎo)ULK1的磷酸化，抑制其活性并阻止ULK1復(fù)合物的形成[36]。不同MAPK信號通路對自噬的調(diào)控作用不同，可能與細(xì)胞所處微環(huán)境相關(guān)。此外，有關(guān)MAPK信號通路調(diào)控自噬的機制主要是在腫瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的，而在病原感染過程中，MAPK信號通路對自噬的調(diào)控作用及機制尚有待闡明。

2.2.3cGAS-STING信號通路 cGAS-STING信號通路是識別并介導(dǎo)抗DNA病毒感染的關(guān)鍵通路。自噬可通過兩種方式負(fù)調(diào)控cGAS-STING信號通路的激活。一方面，自噬介導(dǎo)cGAS-STING-TBK1(TANK-binding kinase 1)-IRF3(IFN regulatory factor 3)-IFNα/β(interferon α/β)軸線關(guān)鍵蛋白降解。DNA被cGAS識別后TBK1的活化不僅磷酸化IRF3 促進IFN表達，而且能促進p62磷酸化介導(dǎo)STING的自噬性降解進而負(fù)調(diào)控IFN的產(chǎn)生[37]；p62還可識別泛素化修飾的cGAS(K414)并將其帶入自噬小體最終被自噬溶酶體降解[38]。TRIM21識別IRF3二聚體并促進其通過自噬途徑降解，進而抑制cGAS-STING信號通路誘導(dǎo)的IFN-Ⅰ應(yīng)答[39]。另一方面，自噬蛋白干擾cGAS識別DNA及蛋白間的相互作用。 HSV(herpes simplex virus type 1)感染過程中,Beclin 1與cGAS結(jié)合抑制cGAS識別DNA合成cGAMP的過程，同時cGAS與Beclin 1結(jié)合使Beclin 1與自噬負(fù)調(diào)控因子Rubicon解離并促進PI3K的激酶活性進而促進自噬的發(fā)生，自噬也可捕獲胞質(zhì)中的病毒DNA并將其送入溶酶體降解以減少cGAS的識別[40]。而ATG9A與STING的共定位抑制STING-TBK1復(fù)合物的形成并阻抑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程[41]。此外，cGAS-STING激活后，STING可轉(zhuǎn)運至ERGIC，從而為自噬體提供膜來源進而促進自噬的發(fā)生以介導(dǎo)病毒清除，該功能獨立于IFN-Ⅰ的產(chǎn)生，且更為保守[7]。因此，自噬在DNA病毒感染過程中具有雙重調(diào)控作用，感染早期與IFN-Ⅰ協(xié)同抵抗病毒感染，感染晚期又可作為負(fù)調(diào)控機制抑制IFN-Ⅰ的持續(xù)產(chǎn)生，以維持適度的炎癥反應(yīng)。

2.2.4RIG-I-MAVS(mitochondrial antiviral signaling protein)信號通路 RIG-I-MAVS信號通路是防止RNA病毒感染的重要天然免疫通路。RNA病毒感染后，LRRC25(leucine-rich repeat containing protein 25)可特異性結(jié)合至已預(yù)先結(jié)合了ISG15的RIG-I，促進自噬受體p62與RIG-I的相互作用，進而誘導(dǎo)RIG-I的自噬性降解[42]。而MAVS的自噬性降解依賴于受體蛋白NDP52，Tetherin/BST2招募MARCH8介導(dǎo)MAVS的k27泛素化修飾，被NDP52識別并送入自噬小體降解[43]。此外，自噬關(guān)鍵蛋白Beclin 1可與MAVS的CARD(caspase activation and recruitment domain)結(jié)構(gòu)域互作，阻抑RIG-I與MAVS的結(jié)合并抑制抗病毒免疫反應(yīng)[44]。然而，自噬負(fù)調(diào)控RIG-I-MAVS信號通路的作用可被某些病毒利用從而促進自身存活。丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)感染可誘導(dǎo)未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)，進而激活自噬。自噬抑制IFN-β產(chǎn)生的效應(yīng)也可被HCV利用而促進自身RNA復(fù)制及感染的發(fā)生。此外，登革病毒也可利用自噬促進病毒復(fù)制[45]。與cGAS-STING信號通路一樣，Poly(I∶C)或仙臺病毒(Sendai virus，SeV)感染誘導(dǎo)RIG-I-MAVS活化也可誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，該過程依賴于TRAF6介導(dǎo)的 Beclin 1泛素化，而與IFN-Ⅰ無關(guān)[46]。但是對于RIG-I活化誘發(fā)的自噬發(fā)揮何種效應(yīng)仍不清楚，可能是RIG-I通路抑制過度炎癥的負(fù)反饋機制，也可能具有直接清除病毒的作用，這些推測尚需進一步確證。

2.2.5炎癥小體信號通路 炎癥小體是響應(yīng)病原微生物PAMPs及內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式(damage associated molecular patterns，DAMPs)刺激的胞質(zhì)內(nèi)多蛋白復(fù)合物，其被激活后誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡并釋放促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18，以促進病原體的清除。自噬可直接或間接抑制炎癥小體激活。一方面，自噬可介導(dǎo)炎癥小體組分蛋白的降解。AIM2(absent in melanoma 2)炎癥小體的活化誘導(dǎo)自噬發(fā)生及ASC(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase activation and recruitment domain)的泛素化，p62識別泛素修飾的ASC并介導(dǎo)其降解，從而避免炎癥小體持續(xù)激活[47]。同時，DNA病毒感染有利于TRIM11與AIM2結(jié)合，且TRIM11自泛素化招募p62清除AIM2進而阻止炎癥小體的激活[48]。此外，TRIM20可識別pro-caspase1、NLRP1(NOD-,LRR-and pyrin domain-containing protein 1)和NLRP3，并結(jié)合LC3、ULK1、Beclin 1和ATG16L1，促進自噬小體的組裝以介導(dǎo)炎癥小體組分的降解[39]。另一方面，自噬可移除誘導(dǎo)炎癥小體活化的成分從而抑制其激活。受損線粒體及線粒體DNA是激活 NLRP3炎癥小體的關(guān)鍵因素。lc3b-/-或Beclin1+/-巨噬細(xì)胞受LPS及ATP刺激時，線粒體穩(wěn)態(tài)被破壞，胞漿內(nèi)ROS及線粒體DNA增多，進而促進NLRP3炎癥小體的激活及IL-1β的釋放，且在應(yīng)用LPS刺激小鼠產(chǎn)生敗血癥時，lc3b-/-小鼠死亡率更高[49]。炎癥小體的過度激活是腸炎、敗血癥等炎性疾病的重要誘因，因此自噬作為負(fù)調(diào)控機制可控制炎癥以維持機體的穩(wěn)態(tài)。

3 自噬在適應(yīng)性抗感染免疫中的調(diào)控作用

適應(yīng)性免疫包括T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫及B細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫，可針對特定抗原產(chǎn)生特異性應(yīng)答，并維持記憶以長期防御該抗原的刺激。自噬途徑參與適應(yīng)性免疫的各個階段，主要包括反應(yīng)階段淋巴細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)、感應(yīng)階段抗原的處理提呈，以及效應(yīng)階段抗體免疫應(yīng)答等過程(圖3)。

圖3 自噬對適應(yīng)性抗感染免疫的調(diào)控作用Fig.3 Regulation of autophagy on adaptive anti-infection immunity

3.1自噬對淋巴細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的調(diào)控作用

3.1.1T淋巴細(xì)胞穩(wěn)態(tài) 自噬可調(diào)控T淋巴細(xì)胞的存活、活化、病原體清除及記憶形成等過程。T細(xì)胞的存活數(shù)量受其增殖數(shù)和死亡數(shù)的共同控制，自噬可促進T細(xì)胞增殖并抑制其死亡從而有利T細(xì)胞存活。Atg7等自噬基因缺失的T細(xì)胞中細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1B(cyclin dependent kinase inhibitor 1B,CDKN1B)由于降解受阻而累積，導(dǎo)致進入細(xì)胞周期的細(xì)胞減少，細(xì)胞增殖數(shù)變少[50]。而Beclin1等自噬基因的缺失導(dǎo)致?lián)p傷線粒體堆積ROS增加，促凋亡蛋白表達增加且降解受阻，凋亡細(xì)胞增多[51]。自噬的缺陷在影響T細(xì)胞存活的同時也導(dǎo)致其不能正?；罨Ｗ允蛇€可通過介導(dǎo)TCR(T cell receptor)下游信號通路的負(fù)向調(diào)控分子PTPN1(Tyrosine-protein phosphatase non-receptor type 1)降解促進T細(xì)胞活化[52]。在活化的T細(xì)胞中，CD8+T細(xì)胞更易受到自噬的調(diào)控。Atg5-/-的CD8+T 細(xì)胞受到流感病毒感染后產(chǎn)生的應(yīng)答弱，不能有效清除病毒[53]。而且自噬蛋白ATG7及 NIX介導(dǎo)的線粒體自噬對HIF1α (hypoxia-inducible factor 1α)的蛋白水平及脂肪酸代謝的調(diào)控與CD8+T細(xì)胞對特異抗原的記憶有關(guān)[54]。但由于無法實現(xiàn)待細(xì)胞記憶形成后再誘導(dǎo)自噬基因的缺失，所以并不清楚自噬主要調(diào)控記憶形成還是記憶維持。綜上，自噬調(diào)控的代謝過程在T細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的維持中發(fā)揮重要作用，但其具體機制有待進一步研究。

3.1.2B淋巴細(xì)胞穩(wěn)態(tài) B細(xì)胞活化后處于高度增殖階段，細(xì)胞代謝加快以提供所需的能量及氨基酸等物質(zhì)，而自噬作為細(xì)胞內(nèi)的主要回收途徑在該過程發(fā)揮重要作用。研究表明，病毒感染激活初級濾泡B細(xì)胞發(fā)育為GC(germinal center)B細(xì)胞過程中，在WIPI2(WD repeat domain,phosphoinositide-interacting protein 2)的調(diào)控下，經(jīng)典自噬轉(zhuǎn)變?yōu)榉墙?jīng)典自噬，mTORC1活性增強，LC3-Ⅱ水平升高，線粒體代謝加快，促進B細(xì)胞的分化[55]。而LPS刺激條件下漿母細(xì)胞的分化及存活則主要依賴于Atg5介導(dǎo)的經(jīng)典自噬[56]。此外，B淋巴細(xì)胞特異性缺失Atg7的小鼠初次感染流感病毒后能產(chǎn)生正常的抗體應(yīng)答，但再次受到流感病毒攻擊時記憶性B細(xì)胞減少，不能產(chǎn)生保護性的再次抗體反應(yīng)，病毒載量升高，病死率增加，表明自噬在維持記憶B細(xì)胞對特定抗原的保護性抗體應(yīng)答中發(fā)揮重要作用。Atg7缺失后記憶B細(xì)胞的減少是由于線粒體膜電位降低，ROS生成增加，運用清除ROS的試劑能部分緩解記憶B細(xì)胞的死亡[57]。因此，自噬在B細(xì)胞穩(wěn)態(tài)調(diào)控中的作用多與線粒體及代謝狀態(tài)有關(guān)，但對于該過程中是否涉及新的自噬途徑及關(guān)鍵分子尚有待深入研究。

3.2自噬在抗原提呈中的調(diào)控作用 病毒蛋白等細(xì)胞內(nèi)抗原在蛋白酶體被分解為免疫原性多肽，進而轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)被裝載至MHCⅠ類分子上，最終被運輸?shù)郊?xì)胞表面激活CD8+T淋巴細(xì)胞。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔室的供給及內(nèi)體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用共同維持MHCⅠ類分子在細(xì)胞表面的表達。研究表明，自噬基因Atg5、Atg7和Vps34缺失的DC細(xì)胞表面的MHCⅠ類分子表達上調(diào)[58,59]。Atg5和Atg7缺失的DC細(xì)胞中的自噬信號通路被阻斷，LC3不能正常脂化，AAK1(adaptor-associated kinase 1)經(jīng)脂化的LC3被招募至細(xì)胞表面進而介導(dǎo)MHCⅠ分子內(nèi)吞途徑受阻，導(dǎo)致細(xì)胞表面的MHCⅠ表達增高，流感病毒(influenza A virus,IAV)及腦膜炎病毒(lymphocytic choriomeningitis virus,LCMV)感染時能誘發(fā)更強烈的CD8+T細(xì)胞應(yīng)答，有利于清除病毒[58]。這些發(fā)現(xiàn)表明自噬通過促進MHCⅠ類分子的內(nèi)吞而減少其介導(dǎo)的抗原提呈過程。另一方面，細(xì)菌、真菌、寄生蟲等被抗原提呈細(xì)胞吞噬后包裹在吞噬小體內(nèi)，伴隨吞噬小體的成熟被降解并被運輸至MⅡC(MHC class Ⅱ compartment)裝載到MHCⅡ類分子上，進一步提呈到細(xì)胞表面激活CD4+T淋巴細(xì)胞。由于溶酶體降解在MHCⅡ類分子提呈抗原的過程中發(fā)揮重要作用，通常認(rèn)為自噬參與了MHCⅡ類分子介導(dǎo)的抗原提呈過程。病原體被巨噬細(xì)胞或樹突狀細(xì)胞上的TLR-2識別并被攝入吞噬體后，LC3包被于吞噬體上有助于吞噬體的穩(wěn)定并可延長MHC Ⅱ介導(dǎo)的抗原提呈過程[60]。鑒于自噬在抗原提呈過程中的重要作用，誘導(dǎo)抗原提呈細(xì)胞的自噬可作為提高疫苗接種成功率的有效策略。然而，結(jié)核分枝桿菌等病原體已進化出抑制MHCⅡ類分子提呈抗原的機制[61]。此時，MHCⅠ類分子可交叉提呈細(xì)胞外的入侵抗原，自噬在這一過程發(fā)揮重要作用。衣原體被DC細(xì)胞吞噬后束縛于包涵體中以限制其感染，然而部分衣原體可以逃逸至細(xì)胞質(zhì)，這些逃逸的病原體激活自噬被攝入自噬體，與含MHCⅠ類分子的內(nèi)體結(jié)合形成自噬內(nèi)涵體，最終在自噬內(nèi)涵體中降解并與MHCⅠ類分子結(jié)合提呈至細(xì)胞表面啟動CD8+T細(xì)胞免疫應(yīng)答[62]。自噬蛋白ATG5、ATG7和Beclin 1在感染及抗原的交叉提呈過程中發(fā)揮重要作用[63]。自噬蛋白介導(dǎo)的感染過程中抗原的交叉提呈在進化上具有明顯的優(yōu)越性，機體可以繞過微生物的阻斷作用而保障抗原提呈的正常進行。

3.3自噬在抗體免疫應(yīng)答中的調(diào)控作用 自噬主要通過調(diào)控漿細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)而參與抗體免疫應(yīng)答。Atg5缺陷的漿細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增大，應(yīng)激信號增加，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子Blimp-1高表達促進抗體的合成，然而抗體合成的增多導(dǎo)致ATP水平降低，細(xì)胞凋亡增多，所以自噬通過控制抗體的合成維持漿細(xì)胞存活[64]。但在感染性和非感染性腸道炎癥模型中，Atg5的缺失導(dǎo)致漿細(xì)胞的保護性抗體反應(yīng)缺陷，這可能是由于自噬的缺陷導(dǎo)致大量B淋巴細(xì)胞凋亡而掩蓋了抗體分泌增強的效應(yīng)[65]。另一方面，部分漿細(xì)胞可遷移到骨髓，受骨髓環(huán)境的刺激而轉(zhuǎn)變?yōu)殚L壽命漿細(xì)胞。有研究自骨髓微環(huán)境中鑒定出兩個有利于長壽命漿細(xì)胞存活的蛋白：Fibronectin(FN-1，纖連蛋白)和YWHAZ，這兩種蛋白可以下調(diào)mTORC1信號通路，mTORC1被抑制后可以激活自噬，提示自噬可能參與調(diào)控長壽命漿細(xì)胞的存活[66]。而且以CD19-CD38hiCD138+定義的一個非常長壽的漿細(xì)胞亞群表現(xiàn)出豐富的自噬活性及自噬基因的高表達，這些提示自噬在漿細(xì)胞壽命維持中具有重要作用[67]。此外，自噬限制免疫球蛋白表達，減少能量過度消耗，使體內(nèi)抗體反應(yīng)得以持續(xù)，可能也是維持漿細(xì)胞長壽命的機制[64]。因此，自噬通過調(diào)控漿細(xì)胞命運，限制過量的抗體免疫應(yīng)答以使機體擁有長期的免疫力。有關(guān)自噬在抗體免疫應(yīng)答過程中更深入的分子機制研究將為免疫缺陷及自身免疫病等抗體相關(guān)疾病的治療提供新思路。

4 病原微生物對自噬的拮抗和利用

病原體在長期進化過程中衍生出多種機制以逃逸自噬性降解或利用自噬滿足其在細(xì)胞內(nèi)的長期存活。一方面，病原體抑制自噬系統(tǒng)的識別及自噬體的形成。志賀氏菌和沙門氏菌編碼的蛋白酶IcsP 和PgtE可水解補體C3，以避免C3招募ATG16L1[8]。沙門氏菌效應(yīng)蛋白SopF具有ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶活性，可破壞V-ATPase識別破損囊泡后進一步與ATG16L1結(jié)合而抑制自噬體的形成[9]。嗜肺軍團菌分泌效應(yīng)蛋白SGLP1(sphingosine phosphate lyase 1)負(fù)調(diào)控PE的形成，同時RavZ與LC3結(jié)合，破壞LC3被PE修飾定位于自噬體的過程[68，69]。另一方面，病原體通過調(diào)控溶酶體的功能及自噬體與溶酶體的融合抑制自噬體的成熟。幽門螺旋桿菌感染后抑制溶酶體的酸化及溶酶體酶的運輸而使其不具備降解細(xì)菌的能力[70]，且其通過調(diào)控膽固醇代謝以抑制自噬體與溶酶體的融合[71]。而結(jié)核分枝桿菌則阻止Rab7的招募而抑制自噬體與溶酶體的融合以避免被降解[72]。再者，病原體利用自噬促進自身存活及感染。李斯特菌的效應(yīng)蛋白LLO (listeriolysin O)通過誘導(dǎo)線粒體自噬以清除受損線粒體及ROS，減少細(xì)菌的死亡[73]。皰疹病毒等可劫持自噬通路促進病毒粒子的成熟，并經(jīng)由自噬通路分泌至細(xì)胞外，從而促進其在細(xì)胞間的擴散[74，75]。病原體利用其編碼的效應(yīng)蛋白或毒力因子調(diào)控自噬系統(tǒng)實現(xiàn)與宿主的共存，不同病原體擁有不同的調(diào)控機制。因此，深入闡明不同病原體操控宿主自噬系統(tǒng)的途徑及機制有助于合理有效地利用自噬調(diào)節(jié)劑清除病原體。更值得期待的是，病原體中是否存在某種保守的逃逸或利用自噬的機制，以實現(xiàn)針對某一靶點消滅多種病原體的目的。

5 展望

自噬是細(xì)胞的一種自動防御系統(tǒng)，可積極響應(yīng)病原體的入侵，將其直接清除或調(diào)控天然和適應(yīng)性免疫應(yīng)答以消滅病原體?？傆^上文內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，自噬在抗感染免疫中的調(diào)控作用具有以下幾個特點：其一，自噬與病原體或免疫信號通路之間具有雙重調(diào)控作用；其二，自噬發(fā)揮何種效應(yīng)與細(xì)胞類型、病原體特性及所處微環(huán)境相關(guān)；其三，自噬的作用機制多涉及細(xì)胞代謝尤其是線粒體穩(wěn)態(tài)的變化。鑒于自噬的這些特性，臨床應(yīng)用自噬治療感染性疾病時，應(yīng)綜合考慮病原特性及感染特點等，適時誘導(dǎo)或抑制自噬的發(fā)生以發(fā)揮恰當(dāng)?shù)淖饔?，可滿足既不損傷機體又減輕病原體感染的目的。同時，調(diào)控自噬使機體處于良好的代謝狀態(tài)或許是主動積極應(yīng)對病原體感染的有效策略。值得注意的是，不同自噬相關(guān)基因(Atg)的缺失有時產(chǎn)生不同的炎癥表型。因此，有一系列問題尚待進一步確證。例如：自噬相關(guān)蛋白(ATGs)是否可通過獨立于自噬的功能發(fā)揮抗感染免疫作用？以ATGs為靶點是否是治療人類感染性疾病的可行策略？最重要的是，體外鑒定的自噬與病原微生物及免疫系統(tǒng)間的相互作用分子機制是否與體內(nèi)研究結(jié)果一致？總之，我們需要繼續(xù)深入探尋自噬在感染免疫中的動態(tài)調(diào)控作用及精細(xì)調(diào)控機制，從而為靶向自噬的抗感染治療提供更精準(zhǔn)的線索及潛在靶標(biāo)。