結(jié)核分枝桿菌感染過程中自噬的作用及宿主自噬調(diào)節(jié)機(jī)制研究進(jìn)展

王永，姜巖

黑龍江省傳染病防治院內(nèi)十一科，哈爾濱150500

結(jié)核?。═B）是由結(jié)核分枝桿菌（MTB）引起的一種呼吸道感染性疾病，每年約有900萬新發(fā)病例，150 萬TB 患者病死［1］。傳統(tǒng)的抗結(jié)核化療方案在TB控制中療效不佳，主要與MTB毒力增強(qiáng)和耐多藥MTB 流行有關(guān)。多藥耐藥結(jié)核?。∕DR-TB）和廣泛耐藥結(jié)核?。╔DR-TB）是全球衛(wèi)生事業(yè)的重大威脅，據(jù)報(bào)道全球約有36.1 萬MDR-TB 新發(fā)患者出現(xiàn)，而中國占14%［2］。在2019 年，中國估計(jì)有7.1%的TB 新發(fā)患者和23% 的經(jīng)治療患者為MDR-TB 和利福平耐藥結(jié)核?。≧R-TB），而MDR-TB 和RR-TB的治療成功率僅為57%，XDR-TB 的治療成功率僅為39%［3］。因此，目前臨床迫切需要新的安全、有效的藥物來治療MDR-TB和XDR-TB，并防止進(jìn)一步的耐藥發(fā)生。宿主定向療法中的自噬靶向治療可以增強(qiáng)針對(duì)病毒和細(xì)菌的治療選擇，同時(shí)避免了多藥耐藥的發(fā)展，已成為熱門的研究主題。本研究對(duì)MTB感染過程中自噬的作用及宿主自噬調(diào)節(jié)機(jī)制作一綜述，為TB的治療提供理論依據(jù)。

1 MTB感染過程中自噬的作用

MTB 是典型的細(xì)胞內(nèi)寄生菌，主要寄生于人體巨噬細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)MTB 以氣溶膠的形式被吸入機(jī)體后，肺上皮細(xì)胞中存在的常駐肺泡巨噬細(xì)胞形成了抵抗MTB感染的第一道防線［4］。巨噬細(xì)胞借助補(bǔ)體和甘露糖受體吞噬MTB，活化產(chǎn)生活性氧（ROS）和一氧化氮等抗微生物物質(zhì)，并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)自噬、凋亡等多種機(jī)制，抑制或清除MTB［5］。MTB 向吞噬溶酶體的傳遞依賴于多種運(yùn)輸途徑，包括與微管相關(guān)蛋白（LC3）相關(guān)的吞噬作用和自噬。在溶酶體運(yùn)輸過程中，MTB 可激活各種細(xì)胞過程，如細(xì)胞凋亡、抗原呈遞和自噬等［6］。然而，MTB 可以逃避這些細(xì)胞過程，從而導(dǎo)致TB 的發(fā)展。自噬和凋亡是MTB 感染宿主用來限制MTB 向外生長的其他效應(yīng)器機(jī)制。同樣暴露于MTB，但僅有10% 的個(gè)體發(fā)生MTB 感染，這表明存在有效的宿主防御機(jī)制來抵抗MTB 感染［7］。自噬已經(jīng)成為抵抗細(xì)胞內(nèi)MTB感染的重要宿主免疫防御機(jī)制。

自噬是一種細(xì)胞內(nèi)降解過程，可在應(yīng)激條件下維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)，可降解包括蛋白質(zhì)、細(xì)胞器和異物在內(nèi)的細(xì)胞內(nèi)成分。自噬代表由自噬體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)過程，自噬體將細(xì)胞成分轉(zhuǎn)運(yùn)至溶酶體進(jìn)行降解，而自噬體的形成需要將LC3-Ⅰ（未結(jié)合的細(xì)胞質(zhì)形式）轉(zhuǎn)換為LC3-Ⅱ（自噬體的膜相關(guān)磷脂酰乙醇胺結(jié)合形式）。因此，LC3-Ⅱ的數(shù)量反映了自噬體的數(shù)量，是使用最廣泛的自噬標(biāo)志物［8］。自噬作為一種先天免疫，在消除細(xì)胞內(nèi)MTB 方面具有至關(guān)重要的作用。巨噬細(xì)胞中自噬的生理激活可促進(jìn)MTB 吞噬體成熟為吞噬溶酶體，從而抑制了細(xì)胞內(nèi)MTB 存活。相反，自噬水平降低會(huì)增加MTB 存活率，并與MTB感染患者的預(yù)后不良相關(guān)。

MTB 可通過許多方式來抵抗自噬，并操縱宿主的先天免疫力。例如，MTB可通過ESX-1分泌系統(tǒng)，抑制人類樹突狀細(xì)胞的晚期自噬，以逃避樹突狀細(xì)胞介導(dǎo)的免疫［9］。MTB 的Eis 基因可通過抑制c-Jun N 端激酶（JNK）/ROS 信號(hào)傳導(dǎo)，從而抑制巨噬細(xì)胞自噬［10］。此外，MTB 脂蛋白LprE 可抑制自噬和抗菌肽cathelicidin 表達(dá)，從而在感染過程中促進(jìn)細(xì)菌復(fù)制［11］。此外，毒性強(qiáng)的MTB 可抑制晚期胞內(nèi)體/溶酶體蛋白R(shí)ab7向吞噬體的募集，從而逃避了與溶酶體的吞噬體融合［12］。許多自噬相關(guān)蛋白（ATG）如ATG5、ATG12 和ATG16L1，均參與了MTB 的先天免疫清除，巨噬細(xì)胞中的ATG16L1缺乏可保護(hù)MTB免受NADPH氧化酶和吞噬作用的影響［13］。此外，MTB病原體可以通過調(diào)控microRNA（簡(jiǎn)稱miRNA），在表觀遺傳上控制宿主自噬途徑，從而在感染過程中促進(jìn)宿主細(xì)胞中MTB 的復(fù)制［14］。研究顯示，miR-20a介導(dǎo)的ATG7 和ATG16L1 沉默可抑制自噬，并促進(jìn)巨噬細(xì)胞中的TB 疫苗卡介苗（BCG）的存活［15］。因此，巨噬細(xì)胞中自噬的激活在抗結(jié)核治療中具有廣闊前景。

2 MTB感染后宿主的自噬調(diào)節(jié)機(jī)制

2.1 激活及磷酸化AMP 依賴的蛋白激酶（AMPK） AMPK 的活性主要通過單磷酸腺苷（AMP）在γ 亞基上的直接變構(gòu)活化來調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致催化性α 亞基磷酸化。在細(xì)胞能量短缺（饑餓和相關(guān)的細(xì)胞應(yīng)激）的情況下，AMP 與三磷酸腺苷（ATP）的比例增加會(huì)激活A(yù)MPK，以維持能量穩(wěn)態(tài)。AMPK 可以激活多細(xì)胞生物中的大量分解代謝過程，同時(shí)抑制多種合成代謝途徑。AMPK 是一種關(guān)鍵的代謝調(diào)節(jié)劑，在多種應(yīng)激條件下均可調(diào)節(jié)自噬。AMPK 的激活對(duì)多種人類疾病具有治療潛力，包括缺血再灌注損傷、心血管疾病、肝臟疾病和骨相關(guān)疾病［16］。此外，AMPK 也參與了MTB 感染后機(jī)體的抗菌反應(yīng)。

研究表明，AMPK 激活劑AICAR 和分枝桿菌脂蛋白LpqH 能夠通過AMPK 信號(hào)通路激活巨噬細(xì)胞中的自噬［17］。MTB 感染早期可誘導(dǎo)患者血清腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導(dǎo)劑（TWEAK）表達(dá)上調(diào)，TWEAK 通過激活A(yù)MPK 而誘導(dǎo)自噬，并可促進(jìn)MTB 自噬體的成熟；但當(dāng)進(jìn)入潛伏性結(jié)核感染狀態(tài)后，miR-889 可通過轉(zhuǎn)錄抑制TWEAK 表達(dá)，從而抑制自噬，以維持肉芽腫中MTB 的存活［18］。MTB 感染會(huì)促進(jìn)miR-18a 表達(dá)，從而抑制自噬，抑制miR-18a表達(dá)會(huì)促進(jìn)AMPK 磷酸化劑自噬，從而抑制細(xì)胞內(nèi)MTB 存活［19］。研究表明，鳥氨酸是一種被MTB 感染的Kupffer 細(xì)胞的代謝產(chǎn)物，可通過AMPK 誘導(dǎo)自噬，從而限制MTB 存活［20］。神經(jīng)遞質(zhì)及其代謝物γ-氨基丁酸（GABA）可通過鈣離子通道來激活A(yù)MPK，從而觸發(fā)自噬，導(dǎo)致先天宿主抵抗MTB 感染的能力增強(qiáng)［21］。盡管尚未在人體試驗(yàn)中得到證實(shí)，但這些臨床前觀察結(jié)果提示自噬靶向代謝物可用于針對(duì)TB的宿主定向治療。

2.2 抑制PI3K/AKT/雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號(hào)通路 現(xiàn)已證實(shí)，PI3K/AKT 信號(hào)通路在多種疾病的自噬調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，如腎缺血再灌注損傷、骨 關(guān) 節(jié) 炎［22］、脊 髓 損 傷［23］、肝 細(xì) 胞 癌［24］等。mTOR 是細(xì)胞生長和增殖的重要調(diào)節(jié)因子，可調(diào)節(jié)多種生物學(xué)過程，包括蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞增殖、生長、自噬和新陳代謝。mTOR是PI3K/AKT通路下游的重要靶點(diǎn)，作為自噬關(guān)鍵負(fù)性調(diào)節(jié)因子，在自噬激活和早期自噬體前體結(jié)構(gòu)形成中具有重要作用［25］。研究表明，MTB 及其組分可以觸發(fā)巨噬細(xì)胞中PI3K/AKT 和mTOR/S6K1 信號(hào)傳導(dǎo)途徑，因此MTB 介導(dǎo)的mTOR/AKT 信號(hào)傳導(dǎo)可能在其感染期間抑制巨噬細(xì)胞的吞噬過程中具有重要作用［17］。雷帕霉素是mTORC1 抑制劑，是一種經(jīng)典的自噬激活劑，對(duì)細(xì)胞內(nèi)MTB 的復(fù)制具有抑制作用。研究顯示，雷帕霉素類似物依維莫司可明顯抑制mTOR，從而引起自噬誘導(dǎo)［26］。依維莫通過抑制mTOR 活性，多應(yīng)用于預(yù)防移植器官排斥和治療惡性腫瘤，這些mTOR 抑制劑可能對(duì)抗菌自噬和宿主抵抗MTB感染具有有益作用［27］。這些雷帕霉素類似物是靶向自噬的針對(duì)MTB 感染和其他傳染性疾病的潛在靶標(biāo)。

巴多昔芬是一種選擇性雌激素受體調(diào)節(jié)劑，可通過上調(diào)ROS 生成和抑制AKT/mTOR 信號(hào)傳導(dǎo)來促進(jìn)自噬，從而抑制MTB 的細(xì)胞內(nèi)生長［28］。中草藥黃芩苷可通過抑制AKT和mTOR磷酸化誘導(dǎo)大鼠巨噬細(xì)胞自噬，從而抑制細(xì)胞內(nèi)MTB 復(fù)制及存活［29］。到目前為止，mTOR/AKT 抑制劑多應(yīng)用于癌癥的治療，關(guān)于其在MTB 感染方面的治療潛能仍需進(jìn)一步觀察。

2.3 抑 制Wnt /β -catenin 信 號(hào) 通 路 Wnt /β -catenin 信號(hào)通路在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖、分化、凋亡以及與炎癥相關(guān)癌癥的發(fā)生中發(fā)揮重要作用。研究表明，Wnt /β-catenin也是入侵細(xì)胞內(nèi)病原體（包括MTB）細(xì)菌毒力因子的相關(guān)靶標(biāo)［30］。但是，目前關(guān)于Wnt/β-catenin 信號(hào)通路在MTB感染過程中的自噬調(diào)節(jié)作用尚處于起步階段。對(duì)于細(xì)胞內(nèi)MTB 染而言，Wnt 信號(hào)通路傳導(dǎo)與免疫反應(yīng)和自噬有關(guān)。白細(xì)胞介素（IL）-1家族細(xì)胞因子IL-36γ 可通過WNT5a 依賴性激活人類單核細(xì)胞衍生巨噬細(xì)胞中的自噬，從而抑制MTB 的細(xì)胞內(nèi)存 活［31］。 研 究表明，Wnt3a 是Wnt 的配體，可通過mTOR 依賴性途徑抑制BCG 誘導(dǎo)的自噬，并且抑制巨噬細(xì)胞中自噬蛋白如LC3的表達(dá)［32］。目前關(guān)于Wnt信號(hào)介導(dǎo)的自噬在MTB感染后宿主防御機(jī)制中的作用尚不明確。鑒于多個(gè)Wnt信號(hào)分子可能在不同的感染環(huán)境中發(fā)揮多種不同的作用，因此還需要進(jìn)一步研究以了解特定Wnt配體和調(diào)節(jié)劑在體內(nèi)外調(diào)節(jié)自噬，以及介導(dǎo)抗MTB的確切分子機(jī)制。

2.4 激活轉(zhuǎn)錄因子EB（TFEB） TFEB 是mTORC1下游轉(zhuǎn)錄調(diào)控自噬的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，在細(xì)胞溶酶體合成和細(xì)胞自噬過程中發(fā)揮重要作用［33］。mTOR/AKT 途徑可通過TFEB 磷酸化來調(diào)節(jié)TFEB 的亞細(xì)胞定位，從而抑制其核移位和激活［33］。干擾素-γ 誘導(dǎo)的自噬是通過鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶（PPP3）/TFEB 途徑的細(xì)胞內(nèi)鈣觸發(fā)激活而介導(dǎo)的，從而抑制了巨噬細(xì)胞中的MTB 存活［34］。過氧化物酶體增殖物激活受體α 激動(dòng)劑可促進(jìn)自噬和溶酶體基因激活（包括TFEB），從而增強(qiáng)對(duì)MTB 的防御能力［35］。此外，TFEB沉默可促進(jìn)巨噬細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子的合成，因此TFEB 還可以控制MTB 感染期間過度的炎癥反應(yīng)［35］。一些抗生素包括利奈唑胺和貝達(dá)喹啉可激活自噬，從而促進(jìn)MTB 的清除。貝達(dá)喹啉是通過上調(diào)經(jīng)由TFEB和鈣信號(hào)傳導(dǎo)的溶酶體激活來誘導(dǎo)自噬，并可增強(qiáng)其他抗結(jié)核藥物的活性［36］。這表明，TFEB在多種自噬激活劑的抗MTB 反應(yīng)過程中起關(guān)鍵作用，并且可能成為基于自噬的抗結(jié)核治療藥物的主要目標(biāo)。

2.5 控制炎癥反應(yīng) 在MTB 感染期間，炎癥途徑以各種方式影響自噬防御過程。維生素D3聯(lián)合丁酸苯酯可顯著降低外周血單核細(xì)胞中促炎細(xì)胞因子/趨化因子的水平，并促進(jìn)自噬，從而發(fā)揮良好的免疫調(diào)節(jié)作用［37］。中草藥黃芩苷是自噬誘導(dǎo)劑，可抑制NF-κB 信號(hào)通路和NLRP3 炎性小體活化，發(fā)揮抗炎和抗菌作用［29］。盡管自噬可抵消過度的炎癥反應(yīng)，但其被脂多糖（LPS）激活后，可減弱MTB 對(duì)IL-12 的抑制作用，促進(jìn)發(fā)揮保護(hù)性免疫作用［38］。此外，宿主細(xì)胞表達(dá)的C 型凝集素受體CLEC4E 可與TLR4 激動(dòng)劑（C4.T4）結(jié)合，并通過激活MyD88 依賴性自噬和溶酶體，顯著提高宿主的防御能力［39］。重要的是，C4.T4 與異煙肼或利福平聯(lián)用可殺死細(xì)胞內(nèi)MTB，從而減少異煙肼或利福平的使用劑量，降低藥物不良反應(yīng)發(fā)生率，并提高抗結(jié)核藥物的療效［39］。這些研究表明，通過控制過度的炎癥反應(yīng)或誘導(dǎo)先天性免疫應(yīng)答，宿主細(xì)胞自噬的激活可能有助于TB治療期間抗結(jié)核藥物的療效，但目前還需要進(jìn)一步研究來了解自噬靶向藥物在MTB 感染過程中通過炎癥反應(yīng)影響宿主防御功能的確切機(jī)制。

綜上所述，MTB 感染后宿主可通過激活A(yù)MPK信號(hào)通路、抑制PI3K/AKT/mTOR 信號(hào)通路、抑制Wnt/β-catenin 通路、激活TFEB、控制炎癥反應(yīng)等機(jī)制，參與對(duì)自噬的調(diào)控過程。這些途徑中的幾種可能一起發(fā)揮作用，或多種信號(hào)通路的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑可能共同作用于針對(duì)MTB 感染的自噬靶向抗菌反應(yīng)的激活。未來將闡明這些機(jī)制相關(guān)藥物是否在臨床中具有提高抗結(jié)核藥物療效的作用。