肺損傷與自噬調(diào)節(jié)因子的研究進(jìn)展

陳圓，楊鵬杰，朱賁賁

（內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院/內(nèi)蒙古自治區(qū)腫瘤醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

自噬是通過(guò)溶酶體將胞內(nèi)降解的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器自我消化的過(guò)程[1]。20世紀(jì)60年代，電子顯微鏡研究首次發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的自噬，但分子機(jī)制直到在酵母中發(fā)現(xiàn)自噬基因（ATGs）后才被逐漸了解。肺是氣體交換的主要器官，也是病原體侵入的最容易目標(biāo)。肺功能的調(diào)節(jié)由復(fù)雜的內(nèi)皮和上皮細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞介導(dǎo)。肺損傷發(fā)生時(shí)它們一起通過(guò)激活炎癥和免疫反應(yīng)[2]。自噬程序性細(xì)胞死亡主要出現(xiàn)在活躍發(fā)育的組織中。LC-3是酵母蛋白Atg8的哺乳動(dòng)物結(jié)合蛋白直系同源。脂質(zhì)衍生物磷脂酰乙醇胺與LC-3結(jié)合形成LC3-II，LC3-II是自噬的重要分子標(biāo)記。Beclin 1復(fù)合物產(chǎn)生了一個(gè)初始的自噬體膜，它圍繞貨物聚集在一個(gè)與溶酶體結(jié)合囊泡中，通過(guò)溶酶體中存在的酸性水解酶形成降解的自溶體[3]。自噬對(duì)肺損傷的影響受其功能隨肺細(xì)胞的類(lèi)型而高度變化，所以是防御還是損傷的作用都是復(fù)雜的。

1 肺損傷

1.1 急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征。急性肺損傷（ALI）和急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是危重患者中最常見(jiàn)的、死亡率和發(fā)病率最高的嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)疾病[4-5]。ARDS是ALI最嚴(yán)重的形式。急性肺損傷的特點(diǎn)是肺表面炎癥導(dǎo)致肺泡毛細(xì)血管膜破裂，隨后中性粒細(xì)胞遷移及其細(xì)胞毒性介質(zhì)的爆發(fā)。由T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、趨化因子和促炎細(xì)胞因子等多種成分介導(dǎo)的免疫反應(yīng)在急性損傷的進(jìn)展中也起著主導(dǎo)作用，并導(dǎo)致免疫重建炎性綜合征（IRIS）。參與免疫反應(yīng)的免疫細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞，被認(rèn)為參與虹膜的病理生理學(xué)。結(jié)核病-虹膜綜合征患者的CD14+、CD16單核細(xì)胞水平升高，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子白介素-6、腫瘤壞死因子-α和C反應(yīng)蛋白（CRP）增加。肺內(nèi)皮生物標(biāo)志物（如VWF）和上皮生物標(biāo)志物（如SP-D）是急性肺損傷的診斷靶點(diǎn)。導(dǎo)致ALI和ARDS的疾病有敗血癥、胰腺炎、肺炎、創(chuàng)傷、輸血、吸入和吸入有毒氣體等。其病理學(xué)表現(xiàn)為表現(xiàn)為彌漫性肺泡損傷、肺泡出血、嗜酸性肺炎和急性纖維蛋白沉積。

1.2 慢性肺損傷（CLI）和支氣管肺發(fā)育不良（BPD）。慢性肺損傷的特征是一種稱(chēng)為胸膜纖維彈力纖維增生癥（PPFE）的疾病，主要表現(xiàn)為胸膜下、上葉的腸彈性纖維的快速增殖有關(guān)。慢性肺損傷后，凋亡的細(xì)胞通過(guò)胞葬清除。這是一種吞噬作用，主要由巨噬細(xì)胞進(jìn)行，而未成熟的樹(shù)突細(xì)胞、間充質(zhì)細(xì)胞和上皮細(xì)胞也可以進(jìn)行胞葬。最近，新型冠狀病毒引起的嚴(yán)重呼吸道感染，導(dǎo)致了世界范圍內(nèi)的人口死亡。新型冠狀病毒患者死亡的常見(jiàn)危險(xiǎn)因素包括高血壓、糖尿病、心血管疾病或慢性肺病。嬰兒最常見(jiàn)的慢性肺損傷是支氣管肺發(fā)育不良。當(dāng)早產(chǎn)兒患有各種呼吸綜合征時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)BPD。

1.3 慢性阻塞性肺疾病和哮喘。慢性阻塞性肺病是一種氣流受限的完全不可逆的全球性疾病，其特征為肺部的弱炎癥反應(yīng)、肺氣腫、慢性阻塞性細(xì)支氣管炎、纖維化、氣道阻塞和狹窄、肺實(shí)質(zhì)和彈性喪失等。CD8+高表達(dá)的T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞是慢性阻塞性肺病的調(diào)節(jié)因子。慢性阻塞性肺病的急性發(fā)作是從穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)始持續(xù)惡化的結(jié)果。白三烯B4、腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-8和蛋白酶的釋放可引起全身炎癥反應(yīng)。CD4+與CD8+比率的降低是肺部炎癥反應(yīng)的典型特征。

1.4 放射性肺損傷。肺癌的放射療法容易導(dǎo)致放射性肺炎，一旦發(fā)生往往是彌漫性的肺損傷。當(dāng)輻射暴露激發(fā)活性氧產(chǎn)生后，肺實(shí)質(zhì)中隨之產(chǎn)生高毒性物質(zhì)，這可能最終導(dǎo)致在放療后1~6個(gè)月出現(xiàn)肺纖維化并伴有呼吸困難的主要原因。有的患者甚至幾個(gè)月到幾年后還會(huì)逐漸發(fā)展成放射性肺炎，幾乎所有放療的患者都會(huì)發(fā)生肺纖維化[6]。

2 肺損傷中自噬的調(diào)節(jié)因子

2.1 LC3B-II。微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（LC3）是雙膜自噬體上表達(dá)的主要自噬蛋白。在哺乳動(dòng)物中研究了近八種LC3蛋白的同源物。組成這些同源物的氨基酸將它們分為兩個(gè)亞家族：第一個(gè)由LC3A（2個(gè)剪接變異體）組成，LC3B和LC3C參與自噬體膜的延伸；第二個(gè)由GABARAP、GABARAP 1、GABARAP 2和GABARAP 3組成，參與自噬體的成熟。通常，LC3B以LC3B-I的形式存在于細(xì)胞質(zhì)中，通過(guò)LC3B c端的蛋白水解裂解，然后與磷脂酰乙醇胺在自噬膜上組裝結(jié)合形成LC3B-II。多項(xiàng)研究表明，在高氧誘導(dǎo)的人支氣管上皮細(xì)胞和培養(yǎng)的上皮細(xì)胞（Beas-2B）中，通過(guò)凋亡可介導(dǎo)LC3B-II高表達(dá)。在高氧誘導(dǎo)的C57小鼠肺損傷中也是通過(guò)凋亡途徑介導(dǎo)LC3B-II的激活并觀察到LC3B-II與Fas蛋白相互作用，這也表明自噬與凋亡在急性肺損傷具有重要性，同時(shí)LC3BII生物標(biāo)志物水平較高，也表明存在自噬反應(yīng)。

2.2 BECLIN 1。Beclin 1是主要的自噬調(diào)節(jié)基因之一。在自噬過(guò)程中，自噬相關(guān)蛋白Beclin1與LC3-I結(jié)合，LC3-I適應(yīng)其膜結(jié)合形式LC3-II，并與SQSTM1結(jié)合。急性肺損傷激活了各種自噬相關(guān)蛋白，如LC3-II、Beclin 1和LAMP2和Rab7[7]。研究者為了評(píng)估自噬在嚴(yán)重膿毒癥中的作用，使用內(nèi)毒素血癥和CLP進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)BECN1+/小鼠易患CLP誘導(dǎo)的敗血癥。Beclin 1通過(guò)促有絲分裂信號(hào)增加G1期細(xì)胞，并降低導(dǎo)致腫瘤生長(zhǎng)抑制的細(xì)胞周期進(jìn)程[8]。在非小細(xì)胞肺癌中，使用氯喹或Beclin 1敲除可增強(qiáng)由JAK2/ STAT3抑制劑激活的細(xì)胞凋亡/程序性細(xì)胞死亡。

2.3 p62。p62是酪氨酸激酶p561ck結(jié)合自噬銜接蛋白，主要通過(guò)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)聚集體的形成和自噬形成過(guò)程促進(jìn)貨物蛋白質(zhì)的降解。在自噬中，p62的數(shù)量由自噬調(diào)節(jié)，而自噬又通過(guò)mTORC1的激活抑制自噬。在煙霧誘導(dǎo)的上皮細(xì)胞中，通過(guò)釋放更高水平的自由基來(lái)啟動(dòng)Nrf2信號(hào)和SQTSM1/p62表達(dá)，這些激活導(dǎo)致mTORC1興奮并抑制自噬。在正常細(xì)胞中，有人認(rèn)為Nrf2與p62參與腫瘤發(fā)生的激活，因?yàn)閜62降解Keap1/Nrf2的結(jié)并發(fā)使Nrf2穩(wěn)定。在非小細(xì)胞肺癌中，p62的積累并沒(méi)有帶來(lái)p62的穩(wěn)定。所以與Nrf2一樣，Twist1是p62的一個(gè)重要下游效應(yīng)子，有助于調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂和易位[9]。

2.4 mTOR。雷帕霉素 mTOR/ PI3K/Akt是哺乳動(dòng)物調(diào)節(jié)大自噬/自噬、代謝、增殖和存活的重要信號(hào)通路。在正常的小鼠或人類(lèi)細(xì)胞中，磷酸酶和PTEN-張力素的同源物的缺失激活mTOR或絲氨酸/蘇氨酸激酶-Akt的組成型表達(dá)，從而啟動(dòng)衰老。在一些物種中，很少有藥物是延長(zhǎng)存活所必需的，但雷帕霉素除外，它能抑制mTOR的活性。在肺上皮細(xì)胞中，mTOR被脂多糖激活，抑制自噬可加重脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[10]。在創(chuàng)傷性腦損傷誘導(dǎo)的急性肺損傷中，ERK1/2/mTOR/Stat3信號(hào)通路在自噬介導(dǎo)的保護(hù)中起重要作用。

3 結(jié)論

綜上所述，盡管對(duì)各種類(lèi)型的肺損傷有著深刻的認(rèn)識(shí)，但自噬及其相關(guān)蛋白在各種原因引起的肺損傷中的潛在聯(lián)系尚不清楚。自噬是一把雙刃劍，目前大量的研究集中在調(diào)節(jié)自噬相關(guān)蛋白的上調(diào)或下調(diào)，這可能對(duì)許多疾病包括肺損傷在內(nèi)的有治療上的益處。但是對(duì)病理性自噬和生理性自噬之間差異的理解可能有助于研究人員設(shè)計(jì)在不妨礙其生理效應(yīng)時(shí)針對(duì)病理性自噬的治療靶點(diǎn)。